流化床气化生物质成型燃料实验研究与模拟

作     者：裘啸 

作者单位：华北电力大学 

学位级别：硕士

导师姓名：阎维平

授予年度：2011年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：生物质成型燃料 自然干燥 流化床气化 ASPEN PLUS模拟 

摘      要：通过自然干燥对生物质成型燃料进行预处理,实验结果显示成型燃料内部水分与外部环境水汽平衡所需时间约为3天,环境湿度的减小并未对其再次平衡耗费的时间产生明显影响;成型燃料密度越大,平衡含水率越高。 设计并搭建床径Φ300mm的鼓泡床进行生物质成型燃料的冷态流化实验。实验表明成型燃料与床料混合流化质量的优劣取决于成型燃料密度及其尺寸。当成型燃料密度1g/cm3时,密度的影响占主导地位。 设计并搭建床径Φ200mm鼓泡床进行热态气化实验。预热床料是个相对费时的过程,为达到预热效果并起到节能作用,预热时间以不超过1h为宜。操作条件相同的情况下,成型燃料的气化过程与散状原料气化没有本质区别,产气质量主要取决于原料种类和成分。成型燃料气化时产气稳定连续性较强,燃气持可续燃烧50-60s。测得飞灰中含有约25%的可燃物,若采用循环返料系统,飞灰可燃物比例会进一步降低。针对长距离热态输送提出散热和压力损失的估算方法,估算表明输送距离超过100m的管道出口燃气温度下降15%,沿程压损达0.5kPa。 选择松木屑和麦秆两种生物质,基于能质平衡和吉布斯自由能最小原理,利用化工软件ASPEN PLUS气化建模,并结合实验数据验证模拟的准确性。考查了如高温气化剂,增压流化床等实验中较难实现的操作对气化过程的影响。模拟结果表明,松木屑气化时,最佳ER(当量比)范围约为0.2-0.25,而麦秆的最佳ER为0.3-0.35。对于松木屑而言,提高S/B比例(水蒸汽与生物质质量之比)更多是消极影响;麦秆气化过程在S/B为1时出现气化效率与热值的最大值,继续增加S/B,二者下降变化。提高流化风温对气化过程有利,但促进作用大小与原料种类和成分有关,提升流化风温对松木屑气化效果不如麦秆明显,从经济性考虑,有条件时可将流化风温加热至600-700℃。含原料水率高于45%会使生物质的气化效率、燃气热值分别下降47%和40%左右,入炉前的原料水分应控制在20%以内。一定范围内提高操作压力(松木屑工况为15bar,麦秆的为19bar)能明显提升生物质气化质量,继续提升压力的效果不显著。