我國人口基數大,人均化石能源占有量遠低于世界平均水平。我國生物質資源儲量豐富,但利用率低,若將全國秸稈用于火力發(fā)電,其發(fā)電量為三峽工程的3倍,而其投資則遠低于三峽工程。生物質資源利用前景廣闊,但傳統(tǒng)的生物質氣化發(fā)電和生物質制炭難以保證企業(yè)盈利。為此,本文對生物質炭氣聯(lián)產進行研究,以實現生物質高價值利用。本文以玉米秸、玉米芯和稻殼為原料,分別通過模擬計算分析、固定床實驗和流化床實驗,進行生物質炭氣聯(lián)產研究。首先以玉米秸熱化學反應達到平衡態(tài)作為基準,從物質和能量平衡角度對生物質炭氣聯(lián)產系統(tǒng)進行模擬及分析。結果表明,隨含水率的升高,燃氣產率和品質下降,炭產率下降;隨灰分的升高,炭產率升高,但生物炭含碳率隨之下降,生物炭品質變差;當固定碳保留率從70%升高至100%時,生物炭產率和品質都升高,炭產率從13.65%升高至17.59%,生物炭的含碳率從65.77%升高至73.3%。在固定床實驗系統(tǒng)對玉米芯進行炭氣聯(lián)產實驗。玉米芯含水率為40%左右時,運行溫度波動大,熱值不穩(wěn)定。玉米芯含水率為15%左右時,實驗系統(tǒng)運行溫度較穩(wěn)定,燃氣熱值在1000kcal~1300kcal區(qū)間波動,且波動小,燃氣熱值較穩(wěn)定,生物炭熱解較充分,品質較高,易于后續(xù)加工。利用流化床實驗系統(tǒng)進行河沙流化實驗和稻殼炭氣聯(lián)產實驗。粒徑范圍為0~0.45mm的河砂臨界流化速度為0.19m/s;而粒徑范圍為0.45~0.84mm的河砂臨界流化速度為0.82m/s。含水率為10%的稻殼在流化床進行炭氣聯(lián)產實驗的運行溫度較穩(wěn)定。運行溫度為800℃時,燃氣火焰燃燒穩(wěn)定,集炭箱有穩(wěn)定的稻殼炭輸入。含水率為10%的稻殼在流化床進行炭氣聯(lián)產的理想運行溫度為800℃。
【學位單位】：華北電力大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：TK6
【部分圖文】：

氣化系統(tǒng)

[38]。圖1-2 纖維素熱分解反應途徑模式2）半纖維素熱解機理 半纖維素是由木聚塘、甘露糖、葡萄糖、半乳糖等構成的一類多糖化合物[39]。半纖維素的木聚糖降解機制與纖維素類似。與纖維素相比，半纖維素可產生更多的氣體和較少的焦油[40]。3）木質素熱解機理 木質素的結構單元通過-O-醚鍵和C-C鍵相聯(lián)，結構比纖維素、半纖維素要復雜得多[35]。木質素大分子在高溫下通過自由基反應首先斷裂成低分子碎片，這些碎片進一步通過側鏈C-O、C-C鍵斷裂形成低分子量化合物。（4）影響熱解過程的主要因素影響生物質熱解過程的因素包括物理和化學兩大方面，在操作條件上具體表現為：溫度、物料特性、滯留時間、升溫速率、壓力等[41]。1）溫度溫度是生物質熱解過程中的重要影響因素，對熱解產物的組成有很大的影響。生物質熱解最終產物中氣、油、炭的比例隨反應溫度的高低和升溫速率的快慢變化有很大差異[42]。溫度低、停留時間長的慢速熱解可以最大限度地增加炭的產量，其質量產率和能量產率分別可達30%和50%[43]；溫度高于700℃的閃速熱解，主要用于生產氣體產物，其產率可達80%[44]。

華北電力大學碩士學位論文（1）首先從物質和能量平衡角度對炭氣聯(lián)產系統(tǒng)進行研究，探討原料特性、固定碳保留率等參數對系統(tǒng)的影響，為后續(xù)熱態(tài)實驗提供理論基礎。（2）探究固定床旋轉爐排實驗設備的運行可靠性，并在此實驗設備上進行玉米芯炭氣聯(lián)產實驗，探究玉米芯炭氣聯(lián)產可行性，探究玉米芯不同含水率對設備運行及炭氣聯(lián)產反應的影響。（3）利用流化床實驗系統(tǒng)探究稻殼炭氣聯(lián)產的可行性及反應特性，探究不同溫度、不同含水率對反應的影響。本文研究技術路線如圖 1-3 所示。

【參考文獻】

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本文編號：2808651