毕业论文（设计）下吸式固定床气化炉气化特性研究

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1、下吸式固定床气化炉气化特性研究摘要：生物质型CCHP系统屮气化炉作为产气源，其气化特性将宵•接影响整个系统的能量输出和运行特性。本文以一台下吸式固定床气化炉为研究对象，运用了热化学平衡原理构建了理论模型，分别讨论了空气/生物质摩尔比率m、含湿gw.污泥占比对气化反应的影响。研究结果表明m的降低和w的增加，都会提高合成气的高位热值和降低反应温度。而污泥-红木联合气化反应中，污泥的加入会导致气化反应恶化。关键字：下吸式气化炉；热化学平衡；气化特性Investigationofgasificationcharacteristicsofadowndraftf

2、ixed・bedgasifierLAIKai,WUJing-Yi,LIChun-Yu(InstituteofRefrigerationandCryogenics,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200240)Abstract:GasifierasproducinggassourceofBio-CCHPsystem,itsgasificationcharacteristicsdirectlyaffecttheenergyoutputandoperatingcharacteristicsofwholesystem・I

3、nthispaper,adowndraftfixedbedgasifierisstudied・Agas讦iermodelisconstructedbasedonthermalchemicalequilibriumtheory,andinflueneeofair/biomassmoleratio,moisturecontent，andsludgecontentongasificationisevaluated.Resultsshowthatwithdecreaseofbiomass/airmoleratioandincreaseofmoistureco

4、ntent,theHHVofsyngasimprovesandthereactiontemperaturereduces・Whiletheadditionofsludgeleadstodeteriorationofgasificationreactioninthesludge-redwoodco-gasification.Keywords:downdraftfixedbedgasifier;thermo-chemicalequilibrium;gasificationcharacteristics0.引言随着全球能源需求的不断增加和化石能源的日趋枯竭

5、，绿色能源成为未来可持续发展的重要力量。传统的CCHP系统通过燃烧化石燃料或者天然气提供冷、热、电三种能量，只是提高了能量利用率并没有实现真正意义上的绿色能源。而生物质型CCHP系统，通过将可再生的生物质如秸秆、木屑、马粪等气化，生成可燃气进入内燃机发电、余热利用装置来实现三种能量的输出，可以说是真正意义上的绿色能源。生物质气化是以生物质为原料，以空气、水蒸气、氧气为气化剂，在高温条件下通过化学反应生成可燃性气体的过程。固定床气化炉可以分为下吸式和上吸式，下吸式的主要优点是生成的可燃气中焦油含量低，主要用于小型发电系统［1］。在对下吸式固定床气化炉的

6、模拟上，黄海蓉等⑵利用ASPENPLUS建模对生物质型CCHP联合循环的能量输出特性进行研究、Murgia等⑶利用CFD三维模型对燃煤型下吸式固定床气化特性进行仿真计算。由于生物质型CCHP系统复杂，而他们的计算模型较为复杂、计算量太大，本文使用计算更为简单的热化学平衡模型对课题组CCHP系统中下吸式固定床气化炉进行仿真模拟，研究其在不同条件下的气化特性。另一方面除了纯生物质气化反应外，多种生物质联合气化反应也在工业领域大量运用，最典型的即是生物质掺混污泥的气化反应。污泥是城市、工业废水处理后的残留物，含有大量的有毒性挥发分和重金属，处理过程相对复杂

7、。传统的处理方式包括填埋、掺入煤中焚烧。国外一些学者提出的污泥■生物质联合气化，能有效减少污泥对环境的影响,同时提高了对污泥的利用。本文也将对污泥■红木联合气化反应进行仿真，研究污泥的加入对整个气化反应的影响。1•模型建立1.1系统描述如图1所示，下吸式固定床气化炉可以分为以个区域，分別为干燥区、热解区、燃烧区、还原区。生物质原料进入气化炉后，由于含水量较高首先会进行干燥，干燥的能量来源于燃烧区的放热；Z后进入热解区，生物质物料在热解区开始挥发出大量挥发分;燃烧区给整个系统提供能量，挥发分和喷嘴喷出的空气充分混合剧烈燃烧，生成水、二氧化碳等，并释放热

8、量；还原区内，水和二氧化碳与固定碳发生还原反应，转化为一氧化碳和氢气，作为合成气的主要可燃成分。此外，合成气