秸秆气化技术及设备研究

【摘要】： 随着化石燃料资源的日益减少以及化石燃料燃烧对环境造成的污染日趋严重,寻找可再生能源被提到了一定的日程。生物质能是可再生能源重要的组成部分,资源十分丰富,是取之不竭的可再生能源。其合理、高效开发利用,对解决人类的能源危机和改善人们生存环境起着十分积极作用。中国作为农业大国,具有丰富的农作物秸秆生物质资源,每年秸秆量超过8亿吨,由于没有合理处理,造成很大的资源浪费以及环保问题,因此对秸秆资源加以利用对于缓解我国能源紧缺的状况,缓解环境压力具有重要的意义。 本文从秸秆原料热化学特性和原料燃烧动力学研究出发,以玉米秸秆、小麦秸秆为研究对象,建立秸秆燃烧动力学模型并确定相关参数,从而能够动态地描述固体燃料燃烧全过程的失重情况及燃烧特征参数的变化规律。并研究了秸秆种类、升温速率、空气供给量、燃料质量、密度等对秸秆燃烧动力学特性及燃料燃烧速度的影响。 气化是秸秆能源化利用的一条有效新途径,由于作物秸秆原料灰分高、固定碳含量低、产气率低、气化和燃气净化比较困难。燃气热值低、焦油含量高,成为制约秸秆气化技术发展的决定性因素。譬如焦油含量能占气化气总能量的5%～15%,焦油具有强烈的腐蚀特性,会造成设备、管道的腐蚀;如果焦油直接排放,这部分能量就被白白地浪费掉了,造成环境的污染。本文着手于秸秆气化原理、秸秆气化设备、影响秸秆气化因素等几个方面进行分析。通过温度、催化剂、气压、空气当量及气化设备等诸因素对焦油含量的影响的分析,从而找到一种对气化过程中焦油进行适当处理的途径,以促进秸秆气化技术的发展进程,取得良好的经济效益和社会效益。 以玉米秸秆压块为气化燃料,研究碱金属等化学元素、含水率、灰分粒度、压块成型尺寸、成型密度特性对气化过程、气化产率、燃气质量的影响。根据燃烧动力学、传热学等原理、气化炉的气化性能指标为衡量标准,对气化设备核心部件及净化系统进行研究与设计。增设内胆外侧环形气道及均布喷嘴,实现气化剂的预热和均匀供气;采用旋转锥形炉栅,加大落灰面积,提高落灰速率,减少压块燃料的结渣、搭桥现象的发生;增设催化剂容器,以为白云石催化剂,以加大焦油裂解程度;采用改进的旋风分离器、迷宫式净化管道及两级钢丝网净化装置,降尘除灰、去除焦油、净化燃气。 【关键词】：热化学特性 燃烧动力学 秸秆气化 气化炉 净化系统
【学位授予单位】：河北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TK6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 引言10-14
• 1.1 研究背景10
• 1.2 研究的目的和意义10-11
• 1.3 生物质气化技术发展概况11-12
• 1.3.1 国外研究现状综述11-12
• 1.3.2 国内研究现状综述12
• 1.4 农作物秸秆气化技术存在的问题12-13
• 1.5 本课题研究的主要内容13-14
• 2 秸秆燃料燃烧动力学特性研究14-21
• 2.1 秸秆燃料燃烧动力学模型的建立14-17
• 2.2 燃烧动力学模型相关参数确定17-18
• 2.3 秸秆燃料燃烧速度的影响因素分析18-20
• 2.3.1 秸秆成型燃料的燃烧机理18
• 2.3.2 影响燃烧速度因素分析18-20
• 2.4 小结20-21
• 3 秸秆气化原理研究21-34
• 3.1 秸秆气化原理21-23
• 3.1.1 气化基本原理21
• 3.1.2 气化介质21-22
• 3.1.3 气化的基本热化学反应22-23
• 3.1.4 气化经历的几个基本过程23
• 3.2 现行的秸秆气化设备23-25
• 3.2.1 固定床气化炉24-25
• 3.2.2 流化床气化炉25
• 3.3 秸秆气化过程中的影响气化指标的因素分析25-30
• 3.3.1 气化设备对气化指标影响分析26
• 3.3.2 物料特性对气化指标影响分析26-27
• 3.3.3 气化介质对气化指标影响分析27-28
• 3.3.4 气化温度对气化指标影响分析28-29
• 3.3.5 供风量对气化指标影响分析29
• 3.3.6 催化剂对气化指标影响分析29-30
• 3.4 秸秆气化过程中影响焦油含量因素分析30-33
• 3.4.1 秸秆燃料的基本特性30
• 3.4.2 燃气中焦油的组成成分30
• 3.4.3 影响焦油含量的因素分析30-33
• 3.5 本章小结33-34
• 4 秸秆气化设备核心装置的研究设计34-50
• 4.1 气化炉定型及压块燃料成型设备34-35
• 4.1.1 气化炉的定型34-35
• 4.2 下吸气化炉气设计要点35-44
• 4.2.1 玉米、小麦秸秆特性分析37-38
• 4.2.2 压块燃料成型技术参数38-41
• 4.2.3 气化强度41
• 4.2.4 气化效率41-42
• 4.2.5 空气当量42-43
• 4.2.6 燃气质量43
• 4.2.7 气化炉的输出功率43-44
• 4.3 气化核心部件的设计44-49
• 4.3.1 供风装置44
• 4.3.2 炉栅设计44-45
• 4.3.3 喉部及几何尺寸设计45
• 4.3.4 喷嘴及几何尺寸设计45-46
• 4.3.5 净化装置设计46-49
• 4.4 下吸式气化炉试验统计数据49
• 4.5 本章小结49-50
• 5 结论50-52
• 5.1 研究结论50-51
• 5.2 展望51-52
• 参考文献52-55
• 在读期间发表的学术论文55-56
• 作者简历56-57
• 致谢57

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