秸秆气化炉裂解过程及流场分析

作     者：刘丽智 

作者单位：华北理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：程相文;霍殿龙

授予年度：2020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：秸秆反应燃烧耦合 温度场 气化炉 Fluent 

摘      要：由于化石能源每年的消耗量巨大,许多科研机构开始走上探索新能源之路,提出了生物质能源代替化石能源的想法。我国秸秆能源的存储量十分丰富。秸秆气化技术可以将秸秆能源转化为可燃气体来代替日常所用的化石燃料,固定床下吸式气化炉是我国应用较为普遍的气化设备。但是,目前对固定床气化炉的研究、设计在很多方面还依靠经验,很多气化过程中涉及的化学反应还没有被发现。以下吸式固定床秸秆气化炉为研究对象,采用ICEM软件建立气化炉二维模型并对其进行网格划分,基于ANSYS软件中的Fluent模块对秸秆气化炉内的工作过程进行模拟,在Lagrangian坐标系下用随机轨道模型追踪秸秆颗粒运动,基于P1模型模拟气化过程的辐射传热过程,同时耦合化学反应,对下吸式秸秆气化炉气化特性进行了分析。首先对气化炉内流场分布进行分析,证明模拟所选气化模型的合理性。然后分析了气化炉炉膛宽度、秸秆颗粒粒径、空气当量比、水蒸气/秸秆质量比（S/B）对气化炉气化性能的影响,模拟结果表明:气化炉内的最高温度、平均温度和可燃气含量都会随着炉膛宽度的增加而呈下降趋势,但气化炉炉膛宽度过小时,炉膛内温度过高会导致气化炉寿命减小。秸秆颗粒粒径达到40mm时,气化炉内温度迅速下降,会出现严重的秸挥脱挥发分不完全现象。空气当量比在0.28～0.30之间时气化效果最佳,空气当量比小于0.28由于O2含量少,会出现会挥发份燃烧不完全,炉内温度较低的现象。空气当量比大于0.30时,挥发分与焦炭燃烧完全,但过多的O2会稀释可燃气体。水蒸气/秸秆质量比会对气化炉的气化效率产生影响,水蒸气/秸秆质量比的增加会促焦炭与水煤气反应的反应速率,导致气化炉内温度降低,但会提高CO量。图38幅;表4个;参63篇。