主動配風固定床生物質氣化爐氣化參數(shù)影響研究.pdf

1、生物質能作為一種重要的可再生能源，資源量豐富、分布廣，其高效轉化技術日益受到重視。生物質氣化技術使松散的生物質熱值穩(wěn)定，能顯著提高生物質制品的性能，成為規(guī)?；蒙镔|能源的一種有效途徑，固定床下吸式生物質氣化爐具有燃氣熱值穩(wěn)定、出爐灰分少、易于操作和控制等優(yōu)點，在生物質氣化技術中應用較多，然而目前常規(guī)固定床生物質氣化過程中工況不穩(wěn)定，造成氣化效率低、燃氣品質差、焦油含量高等缺陷，成為了生物質氣化工程發(fā)展的障礙。生物質氣化工況是生物質在

2、特定條件下的氣化狀況，同時也是各氣化參數(shù)之間的相互作用關系的表征。其中氣化劑供給方式、氣化壓力及床層溫度是生物質氣化過程中具有明顯影響效果的工況條件，由于各氣化參數(shù)的相互作用關系，可通過改變其參數(shù)條件達到控制氣化過程的目的，進而改善氣化效果，提高燃氣品質。國內外對生物質氣化工況影響的研究并不全面，僅對氣化過程中單一工況條件對燃氣品質的影響加以研究，忽略了工況條件之間的相互作用。
　　 本文基于燃燒學與熱動力學理論相結合，深入研究

3、生物質氣化不同階段溫度、壓力及氣化劑流速對生物質氣化影響，通過熱重試驗(TG)方法對生物質熱解過程中3種參數(shù)的作用機理進行深入研究，根據(jù)不同配風工況試驗結果，獲得合理的氣化劑配風方式，基于試驗數(shù)據(jù)建立并驗證氣化爐溫度、壓力關系模型。通過對氣化爐模擬研究，揭示了床層整體壓力、氣流分布規(guī)律。為氣化爐配風方式設計，降低生物質氣化成本，以及生物質氣化工程的推廣與應用提供依據(jù)和支撐。熱解反應動力學是研究生物質氣化工況影響的理論基礎，熱重分析是高效

4、的動力學試驗方法。本文通過等溫熱重和加壓熱重試驗，以碳轉化率為表現(xiàn)形式研究了生物質原料在不同工況影響下的氣化特性，利用Doyle積分法計算了壓力對反應活化能E及指前因子的影響。結果表明：在生物質氣化反應過程中，碳轉化率隨溫度的升高而增加，氣化劑流量在60mL/min以上時可以消除氣化劑外擴散的影響，隨著氣化壓力的提高，氣化反應速率加快，試樣的碳轉化率有所增加，在同一反應時刻，該增加關系并不是線性的，當壓力較高時，生物質的還原反應所受影響

5、較弱，生物質原料指前因子與活化能變化規(guī)律相同，均為隨壓力的增加先降低后上升，該現(xiàn)象說明壓力的增加可提高反應物中活化分子的碰撞頻率，提高反應活性，但是壓力過高會對氣化反應有抑制作用。根據(jù)熱解試驗結果：不同生物質原料在熱解過程中受到的工況影響趨勢基本一致。選擇稻殼為原料在主動配風式固定床生物質氣化爐中進行熱解氣化，通過改變氣化劑供給條件，研究不同配風工況對爐內的溫度、壓力及燃氣組分的影響，利用GC確定燃氣組分，GC/MS確定產品氣中焦油含量

6、。結果表明：中心管配風工況下床層壓力最為合理且床層溫度最高。在該工況下的氣化爐各反應層溫度、壓力關系模型具有較高的適用性。燃氣中CO、H2隨著壓力的降低增加，CH4隨氣化壓力變化不明顯，燃氣熱值呈波動上升趨勢。根據(jù)熱解過程中碰撞理論及阿倫尼烏斯定理對試驗結果加以分析，證明中心管配風工況下床層壓力的分布可以加快氣化反應速率，改善燃氣品質。以氣化爐溫度壓力試驗結果為依據(jù)，基于最小二乘法理論建立了氣化爐各反應層溫度、壓力關系的二元多次數(shù)學模型

7、，通過中心管配風工況試驗驗證及誤差分析，獲得了各反應層合理的計算方程，為氣化爐床層溫度變化機理的深入研究提供基礎。針對多點式試驗無法整體表達氣化爐壓力、氣流場分布的局限，應用計算流體力學(CFD)方法對氣化爐在三種氣化劑配風工況下床層壓力場進行仿真研究，依據(jù)多孔介質理論建立氣化爐床層模型，利用歐拉拉格朗日算法分析氣化爐壓力、氣流場分布特性，通過與氣化爐多點測壓實驗結果的比較分析和誤差計算，驗證了模型設置的可行性。根據(jù)伯努利方程分析了氣化