生物质掺混比例对煤气化特性影响的试验研究

在鼓泡流化床上研究松木屑和褐煤的共气化特性.在空气当量比为0.26的工况下,研究松木屑掺混比例0～100％对反应温度、产气组分、气化气热值、碳转化率和气化效率等参数的影响.结果表明:当木屑掺混比例从0％增加至100％时,反应温度逐渐降低,CO的体积含量从9.58％增加至17.29％,H2的体积含量从5.78％增加至6.50％,CO2的体积含量从14.25％下降至11.71％,CH4和CnHm的体积含量变化不大,呈先增加后降低的趋势,在掺混比例为50％时达到最大.气化气低位热值、碳转化率和气化效率均增加,在掺混比例为50％时,松木屑和褐煤共气化协同作用明显.     

基于Aspen Plus平台的污泥富氧气化模拟

以污泥为研究对象,利用Aspen Plus软件建立气化反应模型,对生物质高温氧气气化进行模拟计算。探讨了不同反应条件,包括空气当量比、气化压力以及污泥含水率对气化温度、气化产物、产气热值的影响。结果显示,污泥高温氧气气化得到的可燃气体主要成分为CO、H2、CO2和H2O,H2S含量很少,CH4含量基本为零;污泥含水率的增加,必须提高空气当量比才能确保气化温度在1 000℃以上;随着空气当量比的增加,CO和H2含量降低,产气的热值也降低;随气化压力的升高,H2S和CH4的含量增加,但CO和H2的含量却降低,产气的热值随压力的增加略有提高。     

基于生物质与煤共气化的系统模拟分析

对所构建的生物质与煤共气化系统进行了流程模拟,研究气化反应温度、生物质掺混比wbio和水蒸气与生物质的质量比S/B对气化特性及热力学性能的影响规律.结果表明,提高气化反应温度和S/B将在一定程度上降低气化合成气的热值和气化效率,其主要原因是反应过程的热能消耗同步增加,即更多的原料化学能被释放出来.相对于煤单独气化过程,掺混一定比例的生物质会降低气化效率,但有利于提高合成气的热值,降低污染物的排放量.     

生物质流化床空气水蒸气气化模拟

生物质气化是一种可有效利用生物质能源的热化学转化技术。该文利用大型化工流程模拟软件Aspen Plus建立生物质在流化床气化炉内空气水蒸气气化模型,并研究气化温度对产气组分的影响。将模拟结果与试验结果进行了对比,吻合良好,表明该模型具有一定的适用性。利用灵敏度分析功能研究了空气当量比(equivalence ratio,ER)和水蒸气/生物质质量比(S/B)对产气组分、热值以及气化效率的影响。结果表明:提高气化温度,产气中H2和CO2含量增加,而CO和CH4含量减小;在空气当量比为0.27时气化效率最高;当S/B取1.3~1.7范围时,产气热值较高,可达11.8MJ/m3。     

木块气化过程建模及控制参数的优化

综合分析生物质木块气化过程的特点,并考虑气化温度和气化剂当量比对气化气体热值、气化效率及产气率的影响,基于最小二乘支持向量机,建立了木块气化过程模型.在此基础上,提出了一种控制参数与气化性能指标间的多目标优化目标函数,对控制参数目标值做了寻优计算.经仿真验证表明,该寻优计算方法满足了工程需求,实现了气化过程优化控制.     

复合串行气化工艺半经验动力学模型研究

研究了一种煤与固体废弃物复合串行气化工艺。以木屑为例,通过利用实测的气化炉分区温度结合流体动力学和气化反应动力学,建立了复合串行气化工艺的半经验动力学模型,并研究了气化温度、水蒸气与固体废弃物质量比（S/M）和固体废弃物与煤质量比（M/C）等关键参数对气化规律的影响。结果表明:该气化工艺采用水蒸气气化,无需外部热源,可生产中热值合成气;提高气化温度对气化结果有利,最佳气化温度为1 010 ℃,最佳S/M为1.4;气化工艺中应尽可能提高M/C值,本模型最佳M/C值为4.0。研究结果可为复合串行气化工艺的运行和优化提供参考和理论依据。     

用吉布斯自由能最小化方法模拟垃圾气化熔融工艺

基于吉布斯(Gibbs)自由能最小化方法建立了城市生活垃圾气化熔融技术工艺模型，模拟计算结果与已有文献的试验结果吻合良好。通过敏感性分析，获得了垃圾气化气体低位热值和熔融温度的相互关系，在此基础上，讨论了城市生活垃圾低位热值、垃圾含水率和气化炉过量空气系数对气化气体低位热值和气化温度的影响规律。结果表明：在无辅助热源情况下，进入熔融炉的气化气体低位热值必须高于3000kJ/m3，其燃烧绝热火焰温度方能达到1 350℃；气化气体低位热值随垃圾低位热值的增大和气化过量空气系数的减小而显著增高；气化温度随垃圾含水率的降低和过量空气系数的增大呈现线性升高趋势。模拟结果可为确定适合气化熔融技术的垃圾基本特性参数提供有益参考。     

CO_2回收式加压流化床煤气化建模与数值计算

以新型CO2回收式煤气化系统为研究对象,建立了加压流化床煤气化动态数学模型,包括颗粒模型、气相模型、气泡模型和焓平衡模型,探讨了给煤速率、氧碳比以及水蒸气比等操作参数对碳转化率、产气量以及冷煤气效率的影响,由此确定了煤投入量的最佳操作范围。计算结果表明:在采用CO2回收循环系统下可获得70%以上的(CO+H2)合成气;CO2气氛下的气化能力比在空气气氛下减少了约2%;反应压力为1.5 MPa时,给煤速率的最佳操作范围为1.3~1.8 kg/(m2·s);氧碳摩尔比为0.5时冷煤气效率可达76%;气化温度与氧碳比基本呈线性关系,通过对氧碳比的控制可有效地调节气化温度;随着水蒸气比的增加,冷煤气效率会出现最大值,气体热值会逐渐增大;在气化温度为1073~1273 K时,CO2气氛下反应的操作范围比空气气氛下的范围大。     

松木屑与褐煤共气化过程中碱金属迁移规律试验研究

采用热重分析仪和原子吸收光谱仪对松木屑与褐煤的共气化过程中碱金属K和Na元素的迁移特性进行了分析。结果表明:在松木屑与褐煤共气化过程中,焦炭气化阶段的反应活性较单独气化时有明显提高,即该阶段松木屑与褐煤产生协同作用;在松木屑和褐煤单独气化及共气化过程中,碱金属K元素和Na元素的析出量均随着气化温度的升高而增加;松木屑中碱金属含量高且较活泼,易于向气相中释放,共气化过程抑制了碱金属K元素和Na元素向气相中的释放,且抑制作用随气化温度的增加有增大的趋势。     

基于Aspen Plus的煤炭空气部分气化联合循环发电系统模拟

煤炭空气部分气化联合循环发电技术采用循环流化床反应器作为气化炉和燃烧炉,煤由给料装置送入气化炉中与空气发生反应,产生燃气然后送入燃气轮机中发电;反应剩余的半焦则送入循环流化床燃烧炉中燃烧发电。本文采用甘肃华亭煤为设计煤种,利用Aspen Plus软件对煤炭空气部分气化联合循环发电技术进行模拟研究,得出了空气煤比、碳转化率对气化温度、燃气组分、燃气热值、气化效率、发电效率等因素的影响。结果表明:随着空气煤比的增大,气化温度升高,燃气热值、发电效率及气化效率降低;随着碳转化率增大,燃气的热值提高,气化效率及发电效率均增加;系统发电效率随着碳转化率增加而增加,然而当碳转化率大于80%时,发电效率的增加幅度大幅减小,因此将碳转化率选为80%较为合适,此时的发电效率约为57%,这相较于现有的煤粉燃烧发电系统有极大的提高。     

MW级谷壳气化发电的操作特性研究

对MW级谷壳气化发电的操作特性进行了研究。主要考查了流化速度及当量比(ER)对气化炉运行温度、压降、气体成分及其热值、气体的产率、谷壳中碳转化率的影响。实验结果显示:流化速度为0.25～0.32 m/s,ER为0.25～0.35时,气化炉运行温度稳定,产生的可燃气体成份的体积百分含量为H2:3.25%～4%, CO:14.43%～20%,CH4:1.84%～3%,C2Hm:0.98%～2.14%;气体的热值:3.1～5.03 MJ/Nm3,气体的产率为1.3～1.98 Nm3/kg,谷壳中碳的转化率为56%～82%。当操作条件为:流化速度0.25 m/s、ER=0.25时,所产生出的燃气对燃气发电机组的运行最佳。     

串行流化床生物质气化制取合成气试验研究

串行流化床气化是一种崭新的气化技术,可将气化和燃烧过程分隔开,气化反应器和燃烧反应器之间依靠惰性固体载热体进行热量传递。以水蒸气为气化介质,在小型串行流化床试验装置上进行生物质气化制取合成气的试验研究,探讨气化反应器温度T、水蒸气与生物质比率S/B对气化结果的影响。试验结果表明,燃烧反应器内燃烧烟气不会串混至气化反应器,该气化技术能够稳定连续地从气化反应器获得不含N2的高品质合成气。随着气化反应器温度的提高,合成气中j(H2)/j(CO)减小,合成气产率增加,热值降低,总碳转换率先升高而后保持不变。随着S/B的增大,合成气产率和总碳转换率均先升高而后降低,S/B的最佳值为1.4。在试验阶段获得的最高合成气产率为1.87 m3/kg,合成气热值为13.20 MJ/m3,总碳转化率为91%。     

生物质高温空气气化的分析与探讨

简述了生物质高温空气气化的工作原理 ,对气化的两个阶段进行了详细探讨 ,就气化参数对生物质高温空气的影响进行了深入分析 ,结果发现 :随蒸汽消耗率的增加气化温度降低 ,而气化所得的煤气热值增大 ;气化温度随氮碳比的增大而升高 ,而气化所得的煤气热值却随氮碳比的增加而降低 ;煤气热值随气化温度的增加而增大 ,但是增加量不大     

Numerical investigation of the staged gasification of wet wood

Gasification of wooden biomass makes it possible to utilize forestry wastes and agricultural residues for generation of heat and power in isolated small-scale power systems. In spite of the availability of a huge amount of cheap biomass, the implementation of the gasification process is impeded by formation of tar products and poor thermal stability of the process. These factors reduce the competitiveness of gasification as compared with alternative technologies. The use of staged technologies enables certain disadvantages of conventional processes to be avoided. One of the previously proposed staged processes is investigated in this paper. For this purpose, mathematical models were developed for individual stages of the process, such as pyrolysis, pyrolysis gas combustion, and semicoke gasification. The effect of controlling parameters on the efficiency of fuel conversion into combustible gases is studied numerically using these models. For the controlling parameter are selected heat inputted into a pyrolysis reactor, the excess of oxidizer during gas combustion, and the wood moisture content. The process efficiency criterion is the gasification chemical efficiency accounting for the input of external heat (used for fuel drying and pyrolysis). The generated regime diagrams represent the gasification efficiency as a function of controlling parameters. Modeling results demonstrate that an increase in the fraction of heat supplied from an external source can result in an adequate efficiency of the wood gasification through the use of steam generated during drying. There are regions where it is feasible to perform incomplete combustion of the pyrolysis gas prior to the gasification. The calculated chemical efficiency of the staged gasification is as high as 80–85%, which is 10–20% higher that in conventional single-stage processes.     

气流床固态排渣实验研究

煤气化技术由于其高煤炭利用率和低污染排放,近年来得到快速发展。为扩大该技术对高灰熔点煤种的适应性,在0.5 kg/h规模的常压富氧气流床气化实验系统上,对我国高、低灰熔点煤在固态排渣温度范围内进行了煤粉富氧气化特性实验研究。研究结果表明：随着温度的升高,有效气浓度增大,碳转化率增大,冷煤气效率增大,灰渣熔融程度增强;随着氧碳比的升高,有效气浓度降低,碳转化率升高;随着停留时间的增大,有效气浓度、碳转化率和冷煤气效率都升高,灰熔融特性更加显著。不同煤种在相同条件下,灰熔融特性也不相同,低灰熔点褐煤在1300 ℃、停留时间为1.5 s时,灰熔融特性比高灰熔点烟煤明显。     

整体煤气化联合循环发电系统中气化参数对气化单元性能的影响

整体煤气化联合循环(integrated gasification combined cycle,IGCC)发电系统中气化岛包含气化单元和净化单元,气化单元由气化炉、废热锅炉和空分分离装置组成。合成气化学能和冷煤气效率直接影响着整个IGCC电站系统效率,是衡量合成气品质和气化炉性能的关键参数。采用Thermoflex软件对200 MW级IGCC气化单元进行模拟计算。着重研究水煤浆浓度、氧碳摩尔比、气化温度、气化压力对气化单元性能的影响。计算结果表明：在较低气化温度下增加水煤浆浓度有利于冷煤气效率和合成气化学能的增加。调节氧碳摩尔比对调节气化炉温度水平具有良好的灵敏性和有效性。另外,氧碳摩尔比还能够起到分配煤中化学能的作用,即调节煤中化学能在合成气化学能和物理显热之间的分配比例。采用低温、加压方式,有利于提高合成气化学能。     

循环流化床煤气化平衡模型研究

该文根据试验结果拟合了碳转化率和甲烷产率动力学经验关系式,结合物料平衡、能量平衡和化学平衡,建立了动力学修正的循环流化床煤气化平衡模型.在与试验相同的条件下,进行了循环流化床煤气化模拟计算,模拟计算结果和试验结果比较吻合.在此基础上,还就空气加入量、蒸汽加入量及加煤速率对床温、煤气组成、煤气热值、碳转化率和气化效率的影响做了预测和分析.     

生物质气化–熔融碳酸盐燃料电池联合循环发电系统性能研究

将生物质气化与熔融碳酸盐燃料电池(molten carbonate fuel cell,MCFC)构建为新型的生物质能高效清洁利用联合循环发电技术,气化产生的富氢气体作为MCFC的燃料,通过燃烧半焦以及MCFC中未利用的燃料为气化反应提供热量,进行生物质气化–MCFC联合循环发电系统的模拟研究。运用Aspen Plus软件搭建系统模型并计算,研究了燃料电池内重整及系统工作压力对系统性能的影响。结果表明：生物质气化–MCFC联合循环发电技术具有较高的系统发电效率,可达50%,比常规生物质气化驱动燃气轮机技术高出10个百分点;对于常压系统无需采用内重整,而对于增压系统,采用内重整对系统性能有较大改善;提高系统工作压力可改善其整体性能,最佳工作压力在0.8~1.2 MPa。