【摘要】：高效利用可再生能源是應(yīng)對當(dāng)今能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)的重要手段之一,基于生物質(zhì)的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)不僅以生物質(zhì)能這種綠色能源作為系統(tǒng)的一次能源,而且運(yùn)用聯(lián)供技術(shù)提高系統(tǒng)的綜合能效,充分結(jié)合了兩大技術(shù)手段的優(yōu)勢,具有重要的研究價值。由于該系統(tǒng)涉及多個重要子系統(tǒng),因此本文將對各個子系統(tǒng)分別進(jìn)行討論后再對整個系統(tǒng)的特性進(jìn)行研究。首先,利用下吸式固定床氣化爐進(jìn)行氣化實驗,研究了生物質(zhì)種類、當(dāng)量比ER對氣化反應(yīng)的影響。結(jié)果表明紅木壓塊中碳?xì)湓睾扛?其點火時間更長但是升溫速度更快,合成氣中一氧化碳、甲烷含量要高于木片,氫氣含量則低于木片,但是反應(yīng)溫度和合成氣熱值更高。當(dāng)量比ER對氣化反應(yīng)的影響較大,發(fā)現(xiàn)當(dāng)ER=0.22時熱值達(dá)到最大值為1453kcal/m~3;產(chǎn)氣率從1.5m~3/kg-b增加到2.03m~3/kg-b,增幅達(dá)到33%;氣化效率從51.40%增加到65.50%,略低于模擬值,但總體氣化效率還是較高,而碳轉(zhuǎn)化率一直高于96%。其次,建立了熱力學(xué)平衡模型對生物質(zhì)氣化反應(yīng)進(jìn)行仿真研究。研究結(jié)果表明空氣當(dāng)量比ER對氣化反應(yīng)影響最大,隨著ER的增加,反應(yīng)溫度逐漸上升,而合成氣熱值先增后減,當(dāng)ER=0.24熱值達(dá)到最大值1605kcal/m3。產(chǎn)氣率跟ER呈明顯正相關(guān),氣化效率與合成氣熱值、產(chǎn)氣率均呈正相關(guān),所以氣化效率也存在最大值,當(dāng)ER=0.30氣化效率達(dá)到最大值為76.76%;含濕量M對氣化反應(yīng)影響較小,但當(dāng)M過大時,會導(dǎo)致氣化溫度過低,此時對氣化反應(yīng)起抑制作用;通過加入污泥來改變生物質(zhì)物料的組分,模擬發(fā)現(xiàn)污泥的加入會導(dǎo)致生物質(zhì)物料中的碳?xì)湓叵陆?氣化反應(yīng)明顯惡化,合成氣熱值、產(chǎn)氣率和氣化效率都大幅下滑,可以看出生物質(zhì)組分對氣化反應(yīng)影響較大。然后,利用AVL-Boost軟件對生物質(zhì)氣內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行仿真研究,模擬結(jié)果表明生物質(zhì)氣內(nèi)燃機(jī)的缸內(nèi)最大壓力為3.281MPa、燃燒最高溫度為1780K均要低于天然氣內(nèi)燃機(jī),導(dǎo)致其動力性能也較差;由于燃用的燃料不同,因此本文將BSFC轉(zhuǎn)化為輸出單位功時所需要的金額—C~*,結(jié)果表明雖然生物質(zhì)氣內(nèi)燃機(jī)所需燃料的流量更大,但由于其制備成本更低,其C~*介于0.346-0.360元/kW·h,而天然氣的C~*介于1.439-1.461元/kW·h,所以生物質(zhì)氣內(nèi)燃機(jī)經(jīng)濟(jì)性更好;生物質(zhì)氣內(nèi)燃機(jī)的尾氣中NOx濃度極低不到100ppm,但是CO與碳?xì)浠衔锏臐舛纫忍烊粴獾母�。實驗結(jié)果顯示,內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)的最大輸出電功率為12kW,無法實現(xiàn)滿負(fù)荷運(yùn)行。并且生物質(zhì)氣內(nèi)燃機(jī)的發(fā)電效率在各工況下也要低于天然氣,最大電功率為27%,同時由于耗散功更大,導(dǎo)致其缸套水余熱量較天然氣也更大,而排煙溫度則更低。最后,建立了一種新型基于生物質(zhì)的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng),對該系統(tǒng)的全工況特性進(jìn)行研究,其一次能源利用率和火用效率均要低于傳統(tǒng)CCHP系統(tǒng),最大一次能源利用率、火用效率分別為52.1%、18.6%;生物質(zhì)型CCHP全工況下運(yùn)行費用都要低于傳統(tǒng)型CCHP,最大運(yùn)行費用節(jié)約率能達(dá)到58.0%;生物質(zhì)型CCHP具有非常明顯的二氧化碳減排性能,全工況下運(yùn)行,均能減少二氧化碳的排放,并隨著負(fù)荷增加而增加,最大能達(dá)到50.5%。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TK6
【圖文】：

20 世紀(jì) 70 年代石油危機(jī)之后，人們逐漸將目光轉(zhuǎn)用技術(shù)上。各國紛紛出臺相應(yīng)的激勵政策刺激整個新能氣革命、中國的光伏與核電等，與此同時可再生能源技持續(xù)下降，新能源環(huán)保事業(yè)高速發(fā)展。政府在推動新能源產(chǎn)業(yè)上不遺余力，但是中國目前所面常艱巨。圖（1-1）是 BP 公司對全球 CO2排放的增長公司統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2014 年中國的一次能源消耗達(dá)到了界能源消耗的 22.4%；并且預(yù)計在未來的 20 年內(nèi)，化耗的 91.2%，CO2排放量將占全球排放總量的 30%[1]。繁出現(xiàn)的重霧霾天氣[2]，均表明在過去粗放式發(fā)展過程墊腳石。因此在當(dāng)今世界各國均面臨能源與環(huán)境的雙節(jié)能減排事業(yè)需要提升速度以應(yīng)對更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。根，要求到 2020 年非化石能源消費比重提高到 15%以上依賴兩大技術(shù)手段，其一是引入可再生能源替代傳統(tǒng)化的能源結(jié)構(gòu)占比，其二是提高常規(guī)化石能源的利用效率

圖 1-2 各種生物質(zhì)物料Figure.1-2 Biomass materials表 1-1 我國生物質(zhì)能應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展目標(biāo)[9]Tab.1-1 Application and development of biomass in china[9]年份 發(fā)電總裝機(jī)量/GW成型燃料年利用量/Mt沼氣年利用量乙醇年利用量/t生物柴油年利用量/t2009 3.24 0.6 1.4×1010m31.65×1060.5×106

物質(zhì)炭指的是生物質(zhì)物料經(jīng)過熱解或者不完全燃燒所生成的產(chǎn)物，其富含植長必需的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，具備強(qiáng)吸附功能的孔隙結(jié)構(gòu)，可作為化肥物使用[19]。Thawatchai[20]等用生物質(zhì)炭制成活性炭，其具有較高的表面積和的羥基和羧基，擁有更強(qiáng)的吸附能力。陳溫福、袁金華等[21]發(fā)現(xiàn)以秸稈炭料制成的炭基緩釋肥料，有明顯的增產(chǎn)和提高品質(zhì)效果。焦油和活性有機(jī)物生物質(zhì)合成氣經(jīng)水洗或者冷凝后得到的產(chǎn)物，文獻(xiàn)[21]發(fā)現(xiàn)活性有機(jī)物的主分為酚類、酮類、有機(jī)酸和醛類，密度為 1～1.1g/cm3，pH 為 2～3。李維蛟22]研究發(fā)現(xiàn)活性有機(jī)物能促進(jìn)種子生根發(fā)芽，并且具有抑菌、殺菌和驅(qū)避害能力�？梢钥闯錾镔|(zhì)氣化發(fā)電只是利用了生物質(zhì)能的一部分，需要將氣化的產(chǎn)加以利用，才能實現(xiàn)效益的最大輸出。中國工程院院士張齊生教授經(jīng)過數(shù)十究提出了“基于生物質(zhì)固定床氣化的多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)”，如圖（1-3）所示，該技別于一般的生物質(zhì)冷熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，可以將主要產(chǎn)品可燃?xì)夂透碑a(chǎn)品生物質(zhì)物質(zhì)提取液分別加工開發(fā)成多種產(chǎn)品[23]，現(xiàn)在該技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)多個地方使用，具有重要的示范意義。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 林黎鋒;;氣化爐的焊接[J];現(xiàn)代焊接;2012年02期

2 張小山;;2#氣化爐檢修全面結(jié)束[J];西部煤化工;2008年01期

3 祁曉輝;;提高氣化爐運(yùn)行周期的探討[J];西部煤化工;2010年02期

4 胡振中;畢大鵬;劉淑媛;黃成龍;彭敏;玄偉偉;;射流速度對多噴嘴干粉氣化爐內(nèi)反應(yīng)流動的影響[J];化肥設(shè)計;2017年01期

5 白振波;李彥坤;王翠;;氣化爐細(xì)灰綜合利用改造[J];化肥設(shè)計;2017年01期

6 尤曉輝;張焱;;新型氣化爐的結(jié)構(gòu)型式及制造特點[J];石油和化工設(shè)備;2017年03期

7 高志偉;;關(guān)于氣化爐下渣口堵渣的幾點建議[J];化工管理;2017年25期

8 關(guān)翰敏;;在線熱備氣化爐經(jīng)濟(jì)性論證分析[J];化工設(shè)計通訊;2017年09期

9 范玉佼;;循環(huán)流化床氣化爐安全聯(lián)鎖系統(tǒng)淺析[J];化工設(shè)計通訊;2017年09期

10 張海龍;;淺談氣化爐燒嘴故障的成因及措施[J];內(nèi)蒙古石油化工;2017年08期

相關(guān)會議論文 前10條

1 龍友松;王守革;王連峰;過潔;;φ3800mm加壓氣化爐的研制[A];第五屆全國壓力容器學(xué)術(shù)會議論文集[C];2001年

2 周大坤;王雨;張世鑫;李英博;張海龍;;沈鼓氣化爐制造工藝技術(shù)[A];第十一屆沈陽科學(xué)學(xué)術(shù)年會暨中國汽車產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)發(fā)展與合作論壇論文集（信息科學(xué)與工程技術(shù)分冊）[C];2014年

3 原曉華;馬隆龍;吳創(chuàng)之;;隔板式內(nèi)循環(huán)流化床氣化爐的關(guān)鍵尺寸的設(shè)計和防止?fàn)t內(nèi)結(jié)焦的運(yùn)行措施[A];2004年中國生物質(zhì)能技術(shù)與可持續(xù)發(fā)展研討會論文集[C];2004年

4 陳照和;;渣油氣化爐殼體過熱分析[A];第六屆全國壓力容器學(xué)術(shù)會議壓力容器先進(jìn)技術(shù)精選集[C];2005年

5 朱華東;焦保才;段桂平;襲海濤;;生物質(zhì)流化床氣化爐的發(fā)展與應(yīng)用[A];中國農(nóng)村能源行業(yè)協(xié)會第四屆全國會員代表大會新農(nóng)村、新能源、新產(chǎn)業(yè)論壇生物質(zhì)開發(fā)與利用青年學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2006年

6 ;首臺新型氣化爐投入生產(chǎn)[A];煤礦安全與地球物理學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2006年

7 李召召;孫鐘華;代正華;;煤熱值對氣化爐模擬結(jié)果的影響[A];上海市化學(xué)化工學(xué)會2010年度學(xué)術(shù)年會論文集[C];2010年

8 來彥國;;燕國牌節(jié)材氣化爐具[A];中國改革創(chuàng)新先鋒暨經(jīng)濟(jì)建設(shè)杰出人物風(fēng)采[C];2012年

9 蔣自平;郭文元;徐積源;杜是路;;大化肥首臺φ2400渣油氣化爐的國產(chǎn)化研究開發(fā)[A];第五屆全國壓力容器學(xué)術(shù)會議論文集[C];2001年

10 農(nóng)光再;張鑫磊;于龍;魯炳辰;王雙飛;;我國黑液氣化研究現(xiàn)狀及存在的困難[A];造紙工業(yè)能源效率論壇論文集[C];2011年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 ;裝置能開好才是真的好[N];中國化工報;2013年

2 記者 張興剛;我自主氣化爐穩(wěn)運(yùn)創(chuàng)世界紀(jì)錄[N];中國化工報;2014年

3 記者 趙鳳莉 通訊員 吳麗軍;國產(chǎn)氣化爐燒嘴使用壽命延長[N];中國化工報;2015年

4 記者 王樂意;水煤漿水冷壁氣化爐國際一流[N];中國化工報;2014年

5 本報記者 張興剛;氣化爐:多管齊下綜合施治[N];中國化工報;2014年

6 本報記者 張興剛;倒?fàn)t氣回收難題亟待破解[N];中國化工報;2014年

7 記者 劉凱;西門子首批國產(chǎn)化SFG-500MW氣化爐出廠[N];中國化工報;2014年

8 寧開媛;單體最大BGL氣化爐落戶龍煤天泰[N];中國化工報;2014年

9 本報記者 彭展;氣化爐的脾性都裝在他腦子里[N];中國石化報;2018年

10 本報記者;航天長征研制出“高氯煤”氣化爐[N];中國煤炭報;2017年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 黃秋;煤炭地下氣化爐溫度場獲取壤氡測量技術(shù)研究[D];成都理工大學(xué);2016年

2 陳定;等離子體氣化爐用SiC質(zhì)耐火材料制備與性能研究[D];武漢科技大學(xué);2018年

3 于海龍;新型水煤漿氣化噴嘴和氣化爐的開發(fā)以及氣化過程數(shù)值模擬[D];浙江大學(xué);2004年

4 周密;生物質(zhì)在流化床氣化爐內(nèi)定向轉(zhuǎn)化過程的模型模擬研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

5 李超;氣流床氣化爐內(nèi)顆粒流動模擬及分區(qū)模型研究[D];華東理工大學(xué);2013年

6 楊志偉;氣流床氣化爐動態(tài)仿真模型研究[D];清華大學(xué);2014年

7 張賓賓;氣流床氣化爐內(nèi)壁面熔渣流動與傳熱過程研究[D];華東理工大學(xué);2018年

8 金渭龍;化學(xué)熱回收兩段組合式氣化爐的實驗及數(shù)值模擬研究[D];華東理工大學(xué);2014年

9 梁欽鋒;擴(kuò)散火焰形態(tài)及氣化爐內(nèi)熔渣沉積與傳熱規(guī)律研究[D];華東理工大學(xué);2010年

10 林偉寧;氣流床水冷壁氣化爐熔渣沉積試驗研究及水冷壁數(shù)值模擬[D];華東理工大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 張志清;氣化爐內(nèi)顆粒物特性及氣化灰渣在水煤漿制備中的應(yīng)用研究[D];華東理工大學(xué);2019年

2 賴凱;基于下吸式固定床氣化爐的生物質(zhì)能冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)特性研究[D];上海交通大學(xué);2017年

3 桑磊;粉煤氣化過程的模擬優(yōu)化與氣化熔渣流動特性的研究[D];寧夏大學(xué);2018年

4 張曉研;常壓四噴嘴強(qiáng)旋轉(zhuǎn)氣流床氣化爐流動及燃燒氣化特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

5 邢文朝;采用高速空氣射流的煤粉氣化爐數(shù)值模擬[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院工程熱物理研究所);2018年

6 張勝強(qiáng);小型糧食烘干機(jī)熱風(fēng)爐優(yōu)化設(shè)計[D];武漢理工大學(xué);2016年

7 陳龍;2000t/d兩段式干煤粉氣化爐氣化過程的數(shù)值模擬[D];華中科技大學(xué);2017年

8 游嶸臻;氣流床煤粉部分氣化爐定向調(diào)控的模擬研究[D];浙江大學(xué);2019年

9 吳天威;頂吹式熔渣氣化爐內(nèi)氣化過程的數(shù)值模擬與優(yōu)化[D];東北大學(xué);2016年

10 徐小凱;煤粉加壓氣化爐開工期間反應(yīng)室溫度場分布的模擬計算[D];華中科技大學(xué);2016年

本文編號：2753788