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生物质流化床气化机理与工业应用研究

陈平  
【摘要】:作为生物质热化学转化技术中的一种,生物质气化的目标是尽可能多地得到高品质燃气。在各种气化反应器中,由于流化床具有气固两相接触充分,传热传质强烈,床层温度均匀,易于放大等特性而特别受到重视。生物质流化床气化反应器被认为是最具开发前景的生物质气化反应装置之一。目前,生物质流化床气化主要面临的问题有:燃气中焦油含量偏高且净化困难:燃气热值偏低(特别是空气气化);仍然缺乏一个系统完整的气化装置放大准则;模型模拟结果与试验结果相差较大等,这些存在的问题直接影响了生物质气化技术的推广和应用。 为此,在国家‘863’基金资助下,围绕生物质流化床气化应用过程中的关键问题,从工程应用角度出发,本文对冷态实验条件下生物质颗粒在流化床中的流体力学特性、实验室规模生物质流化床气化特性、木炭床焦油高温催化裂解特性进行了研究,论文还针对工业规模生物质流化床气化发电系统的运行特性进行了分析,并基于得到的大量实验数据建立了关于生物质流化床气化特性的人工神经网络模型。 通过对冷态实验条件下,多种生物质原料在不同尺寸流化床中的流化特性研究发现:1)纯生物质(如木屑、稻壳)也是可以实现良好流化的。2)不同生物质原料流化特性有着显著区别,木屑的流化质量较好,当气速超过充分流化速度,可以观察到典型的‘鼓泡’流化状态。稻壳的流化质量稍差,比较容易出现‘沟流’现象。3)床层尺寸和料层高度对生物质颗粒的流化也有重要影响。当流化床直径小于100mm时,‘壁面效应’会比较明显,流化床尺寸增大有利于改善流化质量。料层高度与床径比(H/D)超过3.0,容易出现‘节涌’现象。4)对处于快速流态化下的生物质循环流化床速度分布和空隙率分布的考察表明:在生物质循环流化床中也存在着典型的‘环—核’流动结构。速度在径向呈‘抛物线’型分布,空隙率沿径向分布则比较均匀。改变操作气速和循环流率都对速度分布和空隙率分布有明显影响。5)对生物质颗粒在Loop seal型返料器中的流动特性研究表明:改变提升管的运行风速U_g对循环流率G_s影响不大;通过Loop seal的颗粒循环流率G_s随输送风量Q1和侧吹风量Q2增加而增大;改变侧吹风量Q2对循环流率的影响要比改变Q1的影响大得多。根据王擎实验关联式得到的


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