等离子体热解生物质的合成气发电及热力学分析

为研究生物质热解发电技术,该文利用ASPEN PLUS化工通用模拟软件建立等离子喷动-流化床热解生物质及合成气发电的模型。针对生物质在等离子体喷动-流化床中的氧气气化过程,模拟计算热解合成气的气体组分。以M701F型燃气轮机为模拟对象,模拟合成气发电系统并进行结果分析。分别对气化温度为400℃、500℃、600℃、700℃、800℃的气化系统和发电系统进行热力学分析,并计算其能量、、能量效率、效率及综合效率。研究发现,在气化剂温度从400℃上升至800℃的过程中,气化系统的效率为59%~60%,能量效率为57%~61%,气化系统的效率普遍低于相应的能量效率。合成气发电系统的发电效率为26%~28%,高于传统热解燃气的发电效率。     

源头提质的可燃固体废物流化床气化实验

采用流化床对源头提质的可燃固体废物进行气化实验研究,研究反应温度和空气当量比(ER)对燃气组分变化和气化反应特性的影响。研究结果表明:随着气化温度升高,H2和CO体积分数也随之升高,而CO2和CH4体积分数随着气化温度升高而降低;随着空气当量比增大,CO2体积分数也随之增加,而H2和CH4体积分数随着空气当量比增大而减少;气化气可燃成分中的CO体积分数最高,H2和CH4体积分数次之;气化气低位热值随着气化温度升高和空气当量比增大而降低,而气化效率随着气化温度升高和空气当量比增大而降低;气化气产率随着温度升高而增大,随着空气当量比增大而增大。典型组分气化的最优工况如下:空气当量比为0.4,温度为700℃。     

流化床反应器中生物质空气气化试验研究

流化床反应器中生物质空气气化结果受诸多因素影响，其中反应温度、空气当量比对产气质量影响较大．实验结果表明，在720℃时气化产气热值较高，气体质量较好，气化气热值在5～8．6MJ／Nm^3之间．随着空气当量比增加，气化气热值降低；随着温度升高，气化气质量下降；密相层与稀相层进料对气化结果也有较大影响．     

基于ASPEN PLUS平台的生物质气化模拟

基于ASPEN PLUS软件的Gibbs自由能最小化法,并利用RGIBBS反应器的限制平衡法修正,建立了生物质气化模型.模拟花生壳气化和木粉气化,发现模拟值和实验值符合良好.对气化两个重要影响因素(空气当量系数和床温)作了灵敏度分析,发现产气组分主要受床温影响,燃气热值和气化效率主要受空气当量系数影响.模拟分析了气化剂温度对产气组分和气化效率的影响,结果表明:基于ASPEN PLUS平台的生物质气化模型能准确地模拟实际气化过程,具有较好的可靠性和适用性.     

玉米秆成型燃料氧气-水蒸气气化试验研究

利用小型层式下吸式固定床反应器研究了玉米秆成型颗粒燃料在氧气-水蒸气气氛中的气化反应,通过在线测量温度和气体产物组分变化,分析了在固定当量比下玉米秆颗粒燃料氧气-水蒸气的固定床气化反应机理.本次试验测定的玉米秆颗粒燃料在0.3当量比下利用纯氧气化的气体产物中氢气含量为19.39％,远小于流化床富氧气化传统文献报道值.通...     

两段式生物质气流床气化制费托燃料的技术经济性分析

该文建立了两段式生物质气流床气化炉系统的计算模型,分析了气化温度、压力和气化剂对于气化炉特性的影响规律,介绍了生物质气化及费托合成系统的各个组成部分,并对系统进行了经济性分析。结果表明:两段式生物质气流床气化炉的气化特性优于固定床和流化床气化炉;气化温度是影响生物质气化炉气化特性的主要影响因素,当气化温度从900℃升高到1 600℃时,冷气化效率降低了19%;气化压力和气化剂的影响则相对较小;较为理想的气化条件为1 300℃、6.5 MPa、O2气化;两段式生物质气流床气化系统比流化床气化系统的生产成本更低。     

油页岩与半焦混合气化发电系统模拟分析

基于Aspen Plus平台,对气体热载体工艺中不能利用的小颗粒油页岩与半焦混合气化发电过程进行模拟;并对模拟结果进行能量平衡和平衡计算,考察了空气当量比、汽固比和气化剂对气化性能和系统效率的影响。结果表明,使用空气作为气化剂时,设置空气当量比为0.302,汽固比为0.006 7,可以达到最佳的气化效果,所生成的合成气低位热值为6.12 MJ/Nm~3,冷气化效率为66.13%,此时系统的一次能源利用效率达到39.02%,效率也达到42.64%;另外,当使用氧气作为气化剂时,虽然冷气化效率有所提高,但系统总率会有一定程度降低。     

加压喷动流化床煤部分气化试验

在热输入0.1MW的喷动流化床煤部分气化炉上以空气和水蒸气的混合物为气化剂,进行了徐州烟煤的加压部分气化试验.考察了气化温度、压力等工艺参数对煤气热值、煤气成分、脱硫效率等指标的影响.试验结果表明:气化温度对煤气化过程影响显著;而增大压力,床内气体速度降低,延长了气化剂在床内的停留时间;另外压力增加改善了床内的流化质量,从而提高了气化效率,改善了煤气质量.提高温度和增大压力均能提高脱硫效率,但温度对脱硫效率的影响更为明显.     

喷动流化床在生物质快速热解技术中的应用

生物质快速热解技术是国内外生物质资源高效利用的重点研究课题.介绍了目前快速热解反应器的主要类型,并对生物质快速热解技术进行了归纳,重点总结了喷动流化床快速热解反应器的特点和在生物质快速热解方面的应用状况,指出喷动流化床快速热解反应器具有操作灵活、工作稳定、环隙区无死区、介质间传热效果好、易于工业放大等优点,在快速热解领域具有广阔的发展前景.     

固体废弃物等离子体热解/气化系统研究进展

 近年来,随着节能环保要求的逐步提高,固体废弃物的等离子体热解/气化技术受到越来越多关注。热等离子体具有极高的反应温度、超快的反应速度和高焓,在热解/气化系统中引入热等离子体作为热源,可以显著提高热解/气化强度和效率。因此,固体废弃物等离子体热解/气化处理被认为是具有很大潜力的废弃物处理替代技术之一。本文从固体废弃物等离子体热解/气化系统入手,综述各种系统中使用的反应器类型及研究进展。     

生物质微米燃料空气气化实验研究

研究了生物质微米燃料(BMF)在旋风气化炉中的空气气化特性.在没有外热源的工况下,整个气化过程所需的热能由部分微米燃料的不完全燃烧供应.研究空气当量比(ER)、微米燃料粒径对气化特性的影响.当ER=0.32时,H2的含量和气化效率最高,分别为6.32％和38.22％;当ER=0.28时,可燃气的含量最大,达到27.1％.随着BMF粒径减小,气化室温度、可燃气含量、H2的含量、碳转化率、气化效率和燃气热值都显著提高,分别可达953℃、29.7％、8.26％、60.07％、40.56％和4246kJ/m3.     

生物质的流化床热解实验研究

用小型流化床实验台对4种农林生物质废弃物进行热解实验研究．研究发现：对所研究的生物质试样,热解温度低于500℃时,液态产物产率随着温度增加而增加．在500～600℃之间液态产物产率达到最大．当热解温度超过600℃时,液态产物产率随着温度增加而减少,气体产物产率增加,半焦产率下降．对于所研究的生物质,松木屑和甘蔗渣的半焦产率远远低于花生壳和谷壳的半焦产率．这可能是由于松木屑和甘蔗渣灰含量低于后两种生物质;另一方面也可能是由于松木屑和甘蔗渣中的无机物质（Na和K）的含量较多的缘故．     

几种医疗垃圾高温水蒸汽气化模拟研究

针对乳胶手套、棉花和输液器三种典型有机医疗废物,以高温水蒸气作为气化剂;基于吉布斯自由能最小化原理,对三种医疗废物高温水蒸气气化的热力学问题进行模拟研究。探讨原料种类、气化温度和水蒸气通入量等影响因素,对合成气组分、产气量和产气低位热值等评价指标的影响规律。模拟结果表明:在同一工况下,原料中的氢、氧含量决定合成气中的氢气与碳氧化物的产量;反应温度与水蒸气-医疗垃圾质量比(S/W)可改变合成气各产气组分及低位热值,得出最佳反应温度为800℃、S/W为2.0。     

第二代增压流化床煤部分气化炉单元中间试验研究

在热输入为2 MW加压喷动流化床煤部分气化中试试验装置上,对所构建的煤气化试验系统进行了工艺及装置试验研究,在此基础上进行了连续12 h的煤部分气化试验,以考察工艺参数对气化行为的影响.试验结果表明:中试装置的各分系统设计合理,全系统能协调稳定运行,能为第二代增压流化床联合循环发电系统(2G PFBC-CC)的下游单元提供合格的煤气和半焦;在较高的气化温度下,煤气中甲烷质量分数由于二次热解而降低,碳转化率增加;提高了入炉的蒸汽量,煤气中氢气质量分数明显上升.     

林业废弃物氧气-水蒸气气化的Aspen Plus模拟

基于Aspen Plus软件对林业废弃物氧气-水蒸气气化进行模拟计算,并对比模拟结果与试验结果以验证模型的可靠性,研究了气化温度、气化压力、当量比及水蒸气与废弃物的质量配比(S/F)对气化特性的影响.结果表明:随着温度升高气体产物中H2和CO含量增加,同时气化效率也相应增加,800℃时气化效率达到最高值为87.38%;压力增大时气体产物中H2,CO含量减少,但干气体产物的CH4含量及气体热值迅速增大;气化的最佳当量比约为0.22,过高或过低均会导致可燃组分和气化效率的下降;S/F增大时,气体产物中CO2,H2含量增多,CO含量减少,当S/F≥0.5时气化效率达到最大值并保持不变.     

煤与生物质流化床水蒸气共气化

采用单一流化床二步气化方法,以煤作为热载体与发热体,水蒸气作为气化剂,在流化床试验装置上进行生物质(稻壳和木屑)气化的试验研究,考察反应温度(t)、水蒸气与生物质的质量比对燃气组分、氢产率和潜在氢产率的影响。实验结果表明,随着反应温度的升高,H2浓度、氢产率和潜在氢产率都不断增加,而H2与CO体积比逐渐减小;随着水蒸气与生物质的质量比的增大,H2浓度、H2与CO体积比、氢产率和潜在氢产率均不断增加,而CO与CO2体积比呈减小趋势。生产氢的最佳条件:t=1 025℃、水蒸气与生物质质量比为2。在最佳条件下,进一步研究了生物质种类对氢产率的影响。木屑气化制氢优于稻壳气化制氢,木屑气化所获得的氢产率(61.7g H2/kg)约为稻壳气化所获得氢产率(53.4 g H2/kg)的1.2倍。     

深部煤层地下气化化学点火方法研究及数值模拟

通过对适合地下气化点火煤层的条件和煤质进行分析,设计了深部煤层地下气化化学点火装置以及化学点火模型试验台.当点火剂中硅烷与氧气的体积比为1∶3.33、点火剂压力保持在0.3 MPa时,点火区温度上升速率600℃·h-1,最高温度达到800℃,完全能够将模拟深部煤层点燃.利用数值模拟软件FEMLAB对点火过程中煤层温度场做了计算机数值模拟.当煤层点火区温度设定为1366℃时,温度场的扩展速率为28.75℃.min-1,与采用模型试验得到的温度变化趋势基本一致.     

导向喷动流化床生物质快速裂解制液体燃料

在冷模试验得到的优化的结构参数基础上,建立了一套生物质最大处理量为5kg／h的导向管喷动流化床生物质裂解反应器。反应在常压和440～520℃进行,以木屑为生物质原料,二氧化碳和氮气为喷动气或流化气,沙子为流化介质。结果表明该喷动流化床反应器可用于生物质的快速裂解。在400～480℃,液体产率随温度增加而上升,高于480℃时,二次反应的加剧又导致液体产品产率下降。固体和气体的产率则随温度的升高而减少。喷动气和流化气流量的增加均强化了反应器内的传热,并使生物质初始裂解产物的停留时间减少,二次反应进行程度减弱。在适当的裂解条件下液体产率可达73．2％,此时气体和焦的产率分别为12．8％和14．0％。所得液体产品为单一相液体,含水约30％,可用于燃烧。与流化床相比,喷动流化床作为生物质快速裂解反应器可明显提高液体产率。     

CO_2-O_2/H_2O混合气氛下煤气化过程的分析

应用ASPEN软件模拟CO2-O2/H2O混合气氛下的煤气化系统,采用分析法对系统的效率和损失状况进行了分析,考察了气化温度、气化剂中CO2的含量以及气化剂预热温度三种因素对气化系统效率的影响。结果表明:当气化温度从800℃升高到1400℃时,效率从76.31%提高到88.49%;随着气化剂中CO2含量提高,气化过程效率先降低后升高,当CO2含量提高至12%以后,气化过程效率持续升高,气化剂中CO2的含量为45%~48%时,气化煤气中有效气体含量达到最高值79.41%;气化剂的预热温度对效率的影响很小。     

利用热等离子体进行生物质液化技术的研究

利用等离子体射流实现生物质快速热解。在０．５～１．５秒的时间内使粉状生物质的温度由常温上升到７５０～９５０Ｋ,再对蒸汽状态的热解产物进行快速冷却,从而实现生物质的液化．本文介绍了等离子体加热生物质热解实验台的结构和性能。用有代表意义的生物质粉一一玉米秸粉,在高温等离子体加热生物质热解实验台上进行了初步实验,研究了加热速率、停留时间、热解最终温度对生物质液化的影响、对生物质液化产物—一生物油利用色质联用法（ＧＣ—ＭＳ）进行了分析。