低焦油、高热值农村秸秆气化技术的开发与应用

【摘要】：生物质能源是我国可再生能源中重要的能源形式,尤其是我国农村地区最重要的可再生能源形式。当前生物质能源在农村的高效应用主要是利用生物质气化技术,将秸秆等生物质资源转化成燃气,进而为农村用户提供炊事、供暖等所需的能源。但是,目前在农村应用的生物质气化技术普遍存在着燃气焦油含量高,燃气热值低,生产过程污染严重等问题。导致很多生物质气化供气站因为焦油和污染等问题而停运,造成严重经济损失的同时,也阻碍了生物质气化技术在农村的推广。 本文对天津市几个典型的秸秆气化集中供气站进行了调查和测试,通过对气化机组的工艺流程、气化炉结构以及运行参数的对比和分析,发现当前几个典型的秸秆气化机组存在严重的技术缺陷。其中,气化炉出口的焦油含量在4000mg/Nm~3以上,燃气热值在5200kJ/Nm~3以下。此外,由于采用水洗焦油的工艺,生产过程造成了大量的水污染。 针对秸秆气化技术的缺陷和产生的原因,本文开发出一套适合农村应用的低焦油、高热值秸秆气化工艺,并完成气化机组的各个生产设备的设计工作。新的秸秆气化工艺通过提高气化炉进风温度、减小当量比、提高气化温度、增设焦油裂解器和焦油吸收塔,以及采用间接式冷却捕焦等措施全面降低燃气中焦油含量和杜绝水污染。此外,由于当量比的降低,减少了燃气中氮气的含量,同时又因为将产生的焦油转化为可燃成分,气化燃气的热值也得到很大程度的提高。新工艺实现了农村秸秆气化的低焦油、高热值和无污染等技术目标。 本文建立了气化炉的模型,利用CFD-Fluent软件进行模拟,分别模拟了冷态和热态条件下,气化炉内速度场和温度场的分布。模拟结果显示,在设计运行条件下(当量比0.17,进风速度20m/s,进风温度384℃和出口负压-1kPa),气化炉内氧化区的风速约为6.2m/s,还原区风速约为1.3m/s,热解平均温度约为550℃,气化平均温度约为890℃,温度分布和速度分布能很好地满足气化过程的需要。 【关键词】：秸秆气化 低焦油 高热值 设计分析 数值模拟
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：S216.2
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 绪论7-14
• 1.1 中国能源现状与发展趋势7-9
• 1.1.1 中国能源现状7-8
• 1.1.2 中国能源的发展趋势8-9
• 1.2 中国生物质能发展现状9-11
• 1.2.1 中国生物质能储量10
• 1.2.2 中国生物质能发展历程10-11
• 1.2.3 中国农村生物质能源利用现状11
• 1.3 生物质气化技术的研究现状11-12
• 1.4 生物质气化技术在农村应用中存在的问题12
• 1.5 本课题背景、研究内容与意义12-14
• 第二章 秸秆气化技术简介14-22
• 2.1 秸秆气化原理14-16
• 2.1.1 农村常用秸秆原料分析14-15
• 2.1.2 秸秆气化原理15-16
• 2.2 常见的秸秆气化炉16-20
• 2.2.1 固定床气化炉16-18
• 2.2.2 流化床气化炉18-20
• 2.3 气化燃气的净化工艺20-22
• 第三章 天津市秸秆气化技术的调查与对比研究22-40
• 3.1 天津市秸秆气化典型项目简介22
• 3.2 典型秸秆气化站的工艺流程与气化炉结构22-26
• 3.2.1 典型秸秆气化站的工艺流程22-24
• 3.2.2 典型秸秆气化站气化炉结构24-26
• 3.3 秸秆气化机组焦油与燃气热值测试26-33
• 3.3.1 燃气焦油含量测试26-32
• 3.3.2 燃气成分与热值测试32-33
• 3.4 秸秆气化机组运行参数测试33-35
• 3.5 秸秆气化机组测试数据分析35-38
• 3.6 本章小结38-40
• 第四章 低焦油、高热值秸秆气化机组的设计与示范工程建设40-62
• 4.1 气化工艺的开发40-42
• 4.1.1 当前气化技术的缺陷总结40-41
• 4.1.2 当前气化工艺缺陷的解决方案41
• 4.1.3 低焦油、高热值气化工艺流程41-42
• 4.2 气化炉的设计42-52
• 4.2.1 当量比α（ER）42-44
• 4.2.2 理论空气量与气化风量44-45
• 4.2.3 原料转化率45-46
• 4.2.4 产气量与原料消耗量46
• 4.2.5 气化炉生产容积与进料速率46-47
• 4.2.6 炉膛结构设计47-52
• 4.3 焦油裂解器的设计52-56
• 4.3.1 催化剂和反应参数52
• 4.3.2 工艺设计52-53
• 4.3.3 焦油裂解器热力计算53-56
• 4.4 空气预热器的设计56-58
• 4.4.1 送风温度56-57
• 4.4.2 换热器热力计算57-58
• 4.5 间接冷却器的设计58-59
• 4.6 风机的选型59
• 4.7 焦油吸收塔与干燥器的设计59
• 4.8 储气柜的选择59-60
• 4.9 秸秆气化供气示范工程建设60-61
• 4.9.1 工程选址与供气规模60
• 4.9.2 秸秆气化供气站的平面布置60
• 4.9.3 秸秆气化机组的安装60-61
• 4.10 本章小结61-62
• 第五章 秸秆气化炉的模拟研究62-71
• 5.1 气化炉冷态模拟62-66
• 5.1.1 气化炉冷态模型62
• 5.1.2 网格划分与边界类型设置62-63
• 5.1.3 数值计算与冷态模拟结果63-66
• 5.1.4 冷态模拟数据分析66
• 5.2 气化炉热态模拟66-69
• 5.2.1 气化炉热态模型67
• 5.2.2 数值计算与热态模拟结果67-68
• 5.2.3 热态模拟数据分析68-69
• 5.3 本章小结69-71
• 第六章 本文总结与下一步工作71-75
• 6.1 本文总结71-74
• 6.2 下一步工作74-75
• 参考文献75-81
• 发表论文和参与科研情况说明81-82
• 致谢82

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