木屑旋风空气气化的试验研究

论文摘要

由于化石燃料的迅速减少和日益严重的环境问题,开发新的可再生能源已显得迫在眉睫。大力发展新能源和可再生能源可有效改善能源结构。生物质气化是生物质利用的一种很有前途的方式,所产生的燃气可用于发电、供暖、或合成液体燃料、化工材料、制氢等。本文在一种新型的旋风空气气化装置上对气化过程进行了大量的试验,研究了不同气化方式对气化的影响,建立了适当的数学模型。本文介绍了整个试验装置及其的工作过程,并开展了旋风气化试验研究。首先,同时针对试验台的关键系统如给料系统、送风系统和测量系统,进行了标定,保证了试验结果的准确性。进行了单级送风旋风气化的实验研究,研究了不同空气当量比对旋风气化器温度场以及出口燃气成分的影响,得到了气化当量比对气化器气化效率以及碳转化率的影响规律。试验结果表明,气化器内的温度场是一个先升高后降低的过程,气化器内气化区域的最高温度在850~1000℃之间。随着空气当量比的增加,出口燃气的热值和冷气化效率都有所降低。另外,本文采用分级送风的方式对气化器的工作过程进行了深入研究。讨论了不同分级风送入位置以及不同二次风率对气化器温度场和燃气成分的影响。试验表明,分级风送风位置对气化器内最高点温度以及该点出现的位置有影响。不同的二次风率对气化效果的影响也在本文中进行了阐明。本文对单级送风试验和分级送风试验燃气中焦油含量进行了测定,单级送风试验时,随着空气当量比从0.2增加至0.26时,气化燃气中焦油含量从14.99g/Nm3减少至11g/Nm3,在氧化区送入分级风能最大限度的减少焦油含量。本文参考和总结了国内外研究学者对气化模型的研究,在FLUENT软件的平台上,建立了旋风空气气化模型。该模型针对气化的不同阶段,选取了九个具有代表性的化学反应式。利用建立的气化模型对旋风空气气化器进行了模拟,通过与试验结果的对比,验证了模型的正确性,为深入研究旋风气化机理提供了理论基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 世界能源消费现状和趋势
• 1.1.2 世界可再生能源发展趋势
• 1.1.3 世界部分国家可再生能源发展目标
• 1.1.4 世界部分国家可再生能源利用进展
• 1.1.5 我国的能源状况及存在的问题
• 1.1.6 我国的能源未来及生物质能的发展前景
• 1.2 生物质能概述
• 1.2.1 生物质能及其特点
• 1.2.2 生物质能的利用形式
• 1.2.3 世界生物质能的开发状况
• 1.2.4 我国生物质利用技术的发展现状
• 1.3 生物质气化技术概述
• 1.3.1 生物质气化分类
• 1.3.2 生物质气化工艺概述
• 1.4 生物质旋风气化工艺的提出
• 1.5 本章小结
• 第2章 木屑旋风空气气化试验系统
• 2.1 气化试验系统
• 2.1.1 供风系统
• 2.1.2 预热系统
• 2.1.3 取样系统
• 2.1.4 测压系统
• 2.2 试验系统的标定
• 2.2.1 试验系统的标定
• 2.2.2 螺旋给料机的标定
• 2.2.3 系统的动态标定
• 2.2.4 煤气分析仪的标定
• 2.3 本章小结
• 第3章 木屑旋风空气气化试验研究
• 3.1 试验木屑特性
• 3.2 试验结果及分析
• 3.2.1 主要气化指标
• 3.2.2 试验工况的选择
• 3.2.3 单级送风试验结果及分析
• 3.2.4 分级送风试验结果及分析
• 3.2.5 燃气中焦油含量的测定及分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 木屑旋风空气气化模型的建立
• 4.1 物理模型建立及计算网格划分
• 4.2 数学模型
• 4.2.1 气相湍流模型
• 4.2.2 气固两相流模型
• 4.2.3 辐射模型
• 4.2.4 反应模型
• 4.3 反应动力学模型
• 4.3.1 基本假设
• 4.3.2 燃烧模型
• 4.4 本章小结
• 第5章 木屑旋风空气气化数值模拟结果
• 5.1 计算参数的设定
• 5.1.1 单相模拟参数设定
• 5.1.2 气固两相模拟参数设定
• 5.1.3 燃烧模拟参数设定
• 5.2 计算结果及分析
• 5.2.1 气化器温度场及浓度场模拟结果
• 5.2.2 颗粒停留时间及反应程度计算结果
• 5.2.3 出口燃气成分计算结果
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢