基于感應加熱方法的流化床生物質氣化試驗與模擬.pdf

1、生物質氣化制取燃氣或富氫合成氣，是生物質能轉換利用的有效途徑，對于能源的可持續(xù)利用和環(huán)境保護具有重要意義，目前還處于探索階段。很多學者對生物質制氫技術進行了較為深入的研究，但由于氣化反應器和氣化劑的差異，以及操作條件的影響所取得的效果也各不相同。針對這個問題，提出基于感應加熱技術的流化床生物質氣化技術路線，設計并建立了小型感應加熱式生物質氣化試驗系統，從反應器內部為流態(tài)化的生物質顆粒熱解和氣化過程提供熱量，實現氣化過程的全程準確控溫，并

2、進行了氣化反應器的升溫特性試驗、進料速率標定試驗。以稻殼為生物質原料，水蒸汽和空氣為氣化劑，進行了生物質氣化制取高熱值燃氣實驗、生物質氣化制氫試驗，對生物質氣化工藝過程進行模擬計算，最后進行了生物質氣化過程的煳分析。主要研究內容和結論如下:
　　進行生物質氣化制氫試驗研究，考察了氣化溫度、蒸汽生物質質量比(S/B)、當量比(ER)對產物氣成分和產氫率的影響。試驗結果表明:氣化溫度在800℃時，H2濃度隨著S/B增大或ER減小而升高

3、，H2產率分別在S/B為1.5和ER為0.22存在最大值。在溫度為950℃、S/B為1.5、ER為0.22時，H2濃度和產率同時達到最大值35.47％和78.22g/kg。產物氣有通過促進變換反應，進一步提高H2濃度和產率的潛力。
　　采用交互正交試驗設計方法，進行生物質氣化制取熱值燃氣試驗，研究了氣化過程的操作條件對產物氣低位熱值的影響。各因素及其交互作用對低位熱值影響的主次順序為:當量比＞氣化溫度＞蒸汽生物質質量比＞氣化溫度與

4、當量比的交互作用＞蒸汽生物質質量比與當量比的交互作用＞氣化溫度與蒸汽生物質質量比的交互作用，其中當量比、氣化溫度、蒸汽生物質質量比對燃氣低位熱值的影響特別顯著。交互作用分析獲得生物質氣化制取燃氣的較優(yōu)方案:氣化溫度750℃，蒸汽生物質質量比0.75，當量比0.25，在該條件下燃氣的低位熱值最高(6.530MJ/m3)。
　　采用交互正交試驗設計方法，進行生物質氣化制取富氫合成氣試驗，研究了氣化過程的操作條件對氫氣濃度的影響。極差分

5、析和方差分析的結果一致表明:在試驗條件范圍內，各因素及其交互作用對H2濃度的影響主次順序為:當量比＞氣化溫度＞蒸汽生物質質量比＞氣化溫度與蒸汽生物質質量比的交互作用＞蒸汽生物質質量比與當量比的交互作用＞氣化溫度與當量比的交互作用，其中當量比、氣化溫度、蒸汽生物質質量比對氫氣濃度的影響特別顯著。交互作用分析獲得生物質氣化制氫最佳的工作條件:氣化溫度800℃，蒸汽生物質質量比2.5，當量比0.22，在該條件下氫氣濃度最高(38.27％)。<

6、br>　　建立基于ASPEN PLUS軟件的生物質空氣-蒸汽氣化模型，通過對氣化工藝過程進行模擬計算以及靈敏度分析，研究了蒸汽生物質質量比、氣化溫度、當量比等因素對生物質氣化指標的影響。研究結果表明:在750～950℃范圍內，隨著氣化溫度的提高，H2濃度不斷增加，CO濃度降低，產物氣的產率逐步提高，產物氣的熱值降低，產氫率提高，蒸汽分解率提高;隨著S/B在1.6～2.4范圍內增大，H2濃度提高，CO、CH4和CO2濃度降低，產物氣的產率

7、提高，產物氣熱值降低，蒸汽分解率提高;隨著ER在0.20～0.28范圍內增大，CO、H2、CH4濃度降低，CO2濃度提高，產物氣產率增大，產物氣中可燃組分濃度降低和不可燃組分濃度提高造成產物氣熱值降低，蒸汽分解率的模擬值先增加后降低，存在峰值。本文所建模型比較全面的反映了生物質氣化的規(guī)律，能夠為試驗系統設計、調試和運行提供理論指導。
　　建立感應加熱式氣化反應器的氣化進程煳流圖，計算氣化過程中的各項物流的煳，研究了操作條件對產物氣

8、煳值分布的影響、煳效率和氣化效率的影響。煳分析表明:當氣化溫度由750℃升高到950℃時，產物氣的煳值呈現增加的趨勢，氣化進程的氣化效率和煳效率均升高;當S/B從1.6增加到2.4時，產物氣的煳值呈現增加的趨勢，氣化效率隨著S/B的增加而升高，但是煳效率先增加再降低，表明S/B存在一個最佳值;當ER從0.2增加到0.28時，產物氣總煳值先增加后降低。隨著ER的增大，氣化效率和煳效率都是先增加后降低的趨勢，這就表明從能量的合理利用角度考慮