【摘要】：在化石能源逐漸枯竭、空氣污染日益嚴重、全球氣候變化加劇的背景下,生物質(zhì)能以其可再生、碳中性以及環(huán)境友好等諸多優(yōu)勢異軍突起,引起世界矚目,各國已將發(fā)展生物質(zhì)能列入能源發(fā)展戰(zhàn)略。通過分析國內(nèi)外生物質(zhì)熱解氣化的研究現(xiàn)狀,針對目前生物質(zhì)熱解氣化工藝存在的焦油產(chǎn)量高、二次污染以及氣化效率低等缺陷,本文提出了一種內(nèi)熱式工藝-生物質(zhì)熱解氣化與可燃氣燃燒循環(huán)工藝。首先借助Aspen plus模擬軟件對空氣、空氣/H_2O和空氣/CO_2 3種不同氣化劑下的生物質(zhì)熱解氣化特性進行分析,結(jié)果表明:氣化劑中含有適量的水、CO_2均可提高可燃氣中有效組分CO和H_2的體積分數(shù),進而提高可燃氣的熱值。因此,當新工藝以N_2、CO_2、H_2O、O_2混合組成的煙氣為氣化劑時,可以有效提高生物質(zhì)的氣化效率和可燃氣熱值。由于動力學(xué)參數(shù)因生物質(zhì)種類和氣化劑的不同而不同,為了提高模型的準確度,利用STA 6000熱分析儀和AKTS動力學(xué)分析軟件對模擬煙氣氣氛下的玉米秸稈熱解氣化動力學(xué)進行分析。通過分析得知,活化能隨著反應(yīng)的進行而變化,說明熱解過程和氣化過程遵循不相同的反應(yīng)機理,且每個過程具有不同的活化能。然后針對提出的新工藝進行了流程模擬,對循環(huán)工藝的能量、質(zhì)量進行平衡計算,并通過對循環(huán)系統(tǒng)的有效能分析評估熱工設(shè)備的完善性。計算表明,雖然循環(huán)工藝的質(zhì)量和能量守恒,但有效能存在損失,有效能效率為86.67%,且熱解氣化過程是造成有效能損失的主要環(huán)節(jié)。最后對循環(huán)工藝進行優(yōu)化分析,獲得進料量、循環(huán)煙氣量等對輸出熱量的影響。隨著進料量的增加輸出熱量增加,但增長速率逐漸變小;循環(huán)煙氣量的最佳比例區(qū)間為總煙氣量的23%~31%;富氧量越大,煙氣中CO_2比例越大,可燃氣中N_2比例減小,CO和H_2比例增加,循環(huán)工藝的能量輸出越大。本文的模擬研究結(jié)果為生物質(zhì)熱解氣化與可燃氣燃燒循環(huán)工藝的實驗提供了有利的數(shù)據(jù)依據(jù)和理論指導(dǎo)。
【學(xué)位授予單位】：河北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK6
【圖文】：

第一章 緒論課題研究背景與意義源是人類活動的物質(zhì)基礎(chǔ)，是提高國家生產(chǎn)力和居民生活水平的重要保障。經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對能源的需求量日益增加，對常規(guī)能源的過度開發(fā)使上升到國家的高度[1]。目前世界的能源消費為 557 方（相當于 5.22×1011GJ料的消耗占能源總消耗的 86.2%，但是預(yù)計到 2030 年能源消費增至 694 方 所示�；剂系娜紵黾恿宋廴練怏w NOx、SOx和溫室氣體 CO2的排放量 CO2的排放量逐年增長，如圖 1.2 所示。

圖 1.2 全球年度 CO2排放量[2]質(zhì)能的特點，有生命的可以生長的各種有機質(zhì)。生物質(zhì)能是指以化學(xué)能形量，它包括薪柴、木質(zhì)廢棄物、農(nóng)業(yè)秸稈、牲畜糞便、制糖水、水生植物等。燃料相比，生物質(zhì)能具有三個方面的優(yōu)勢[3-5]：再生性。和化石燃料不同，生物質(zhì)并不需要數(shù)萬年的時間來利用光能使大氣中的二氧化碳代謝并成長，生物質(zhì)能可以源的可再生性使生物質(zhì)成為能源或化學(xué)來源的主要優(yōu)勢之一。污染性。生物質(zhì)作燃料時，排放出的二氧化碳與生長需要的二的二氧化碳凈排放量近似于零，可有效減輕溫室效應(yīng)；生物質(zhì)燃燒釋放的 SOX、NOX等污染性氣體較少。會利益。一方面，全球政治格局動蕩表明，化石燃料的供應(yīng)可巨大的變化，原料價格大幅上升，生物質(zhì)能的利用則可以緩解

產(chǎn)氣熱值和氣化效率越高。Wayne Doherty[13]等基于 Aspen plus 建立了生物質(zhì)在循環(huán)流化床中的氣化模型，如圖 1.3 所示，分析了空氣預(yù)熱對合成氣組成、熱值和碳轉(zhuǎn)化率的影響，結(jié)果表明，ER 較小時，對空氣預(yù)熱會提高氣化效率。鑒于以上文獻的結(jié)論，本文熱重實驗的升溫速率選擇 10℃ /min、20℃ /min、30℃ /min，并分析了溫度和當量比對熱解氣化過程的影響。

【參考文獻】

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本文編號：2772777