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一种气化数学模型及木屑的高温气化试验

林竹  
【摘要】:围绕“生物质高温气化技术研究”(No.2001AA514013)和“城市生活垃圾高温气化处理工艺研究”(与湖南株洲火炬工业炉公司合作)课题,建立气化数学模型,并进行热态试验研究,以优化和完善高温空气燃烧—高温气化一体化系统,开发新能源,缓解环境污染压力,提高我国低品位、低密度、低热值固体燃料能源集中利用的水平。 基于物料平衡、能量平衡和化学平衡分析,建立了一种气化数学模型。针对木屑、秸秆、稻壳和棉柴四种生物质,利用该模型系统地研究了气化剂温度和水蒸汽添加率对气化结果的影响。研究表明:气化剂温度在900~1300℃范围内,合成燃气热值、气化效率随着气化温度提高而提高,温度每提高100℃,热值提高0.25~0.32MJ/Nm~3,其中松木屑合成燃气的热值提高了22.41%,达到7.1MJ/Nm~3;合成燃气热值、气化效率随着水蒸汽添加率增加而提高,水蒸汽添加率每增加10%,热值提高0.46~0.53MJ/Nm~3,对1100℃气化剂,水蒸汽添加率增加到60%时,松木屑合成燃气热值提高了44.87%,为9.6MJ/Nm~3;相对高温纯空气气化,对松木屑采用1300℃纯氧气化,燃气热值提高了83.94%,为13.1MJ/Nm~3,达到中热值水平;与文献报道的气化试验对比,该模型能较准确地预测气化反应结果,通用性强,为气化炉操作参数优化提供理论依据。 为探讨高温气化装置产生合成燃气的可行性,验证气化数学模型的准确性,对气化装置进行改进,增设了气化器自身加热器,进行了木屑高温空气气化热态试验。试验表明:利用自身加热器可以快速的将炉内温度升高到1200℃,满足高温气化的要求;合成燃气CO_2和C_xH_y含量及热值随温度的变化规律与模型相一致,证实了高温气化有利于提高合成燃气热值;气化反应温度为1000℃时,获得了热值为6.19MJ/Nm~3的合成燃气。 探讨了压力对高温气化性能的影响。研究表明:随着气化压力的提高,气化反应速度加快,合成燃气中CO和H_2含量减少,CH_4含量增加(反应压力从1atm提高到200atm时,CH_4含量从0.06%提高到5.66%),未分解的水蒸汽量增加;压力对高温气化燃气热值影响不大。


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