隨著全球能源和環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重,煤、石油、天然氣等化石燃料逐漸消耗,對(duì)于新能源的開(kāi)發(fā)利用已經(jīng)成為急需展開(kāi)研究的方向。生物質(zhì)能具有資源豐富、分布廣泛、低碳、清潔可再生、利用技術(shù)多樣的特點(diǎn),因此受到了研究者們的廣泛關(guān)注。本文主要依托國(guó)家科技支撐計(jì)劃——生物燃?xì)猱a(chǎn)業(yè)模式研究與利用示范(2015BAD21B05)。以農(nóng)林生物質(zhì)等難降解的生物質(zhì)廢棄物為對(duì)象,針對(duì)目前農(nóng)林生物質(zhì)氣化中燃?xì)鉄嶂档汀⑷細(xì)夂休^高雜質(zhì)等問(wèn)題,自主設(shè)計(jì)了一套農(nóng)林用高熱值高產(chǎn)氣量的生物質(zhì)氣化系統(tǒng),并在該平臺(tái)進(jìn)行了微米級(jí)氣化原料的氣化試驗(yàn)。首先,氣化原料選取某生物質(zhì)微米原料公司生產(chǎn)的木屑和稻殼兩者微米級(jí)氣化原料,并對(duì)原料進(jìn)行熱重-質(zhì)譜(TG-MS)試驗(yàn),對(duì)反應(yīng)過(guò)程和合成氣的成分進(jìn)行分析,為后期的氣化試驗(yàn)確定較優(yōu)的實(shí)驗(yàn)條件。結(jié)果表明,粒徑在60-80目的反應(yīng)中,失重率最大,合成氣產(chǎn)量越多,各產(chǎn)物峰值溫度也在60-80目時(shí)達(dá)到最大值,原因是因?yàn)?0-80目的原料其比表面積大于40-60目的,傳熱效果強(qiáng),因此反應(yīng)更為完全。升溫速率越大,反應(yīng)越快,原料的失重率越高,合成氣產(chǎn)量也越大。其次,自主搭建了一套蓄熱式微米原料生物質(zhì)氣化系統(tǒng),主要由6大模塊組成,分別是氣固混合送料模塊、雙氣化爐模塊、閥門(mén)控制模塊、合成氣降溫凈化處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊。在對(duì)蓄熱式微米原料生物質(zhì)氣化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工藝流程做了部分改進(jìn)優(yōu)化之后,進(jìn)行了升溫調(diào)試和送風(fēng)混合送料實(shí)驗(yàn),確定了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)工況。研究結(jié)果如下:1、氣化后產(chǎn)生的熱值隨著反應(yīng)溫度的升高有所增加,在1100℃有最大熱值4.43MJ/m~3。碳轉(zhuǎn)化率隨著反應(yīng)溫度的升高迅速上升,產(chǎn)氣量也越大。2、氣化溫度對(duì)氣體產(chǎn)物分布有很大影響,H_2的濃度則始終隨氣化溫度的升高而升高,CO的濃度也有小幅增長(zhǎng)。3、隨著反應(yīng)溫度升高,H_2/CO比值隨之升高,產(chǎn)氣量隨反應(yīng)溫度的增加而增加,但是在不同溫度范圍其值的增長(zhǎng)速度卻有很大不同。在1000℃時(shí),H_2/CO和產(chǎn)氣量分別獲得最大值(0.582和2.83Nm~3/kg)。4、木屑?xì)饣a(chǎn)生的CO的含量明顯高于稻殼氣化產(chǎn)生的CO,稻殼氣化產(chǎn)生的CH_4的含量明顯高于木屑?xì)饣a(chǎn)生的CH_4。5、分析了進(jìn)料量對(duì)氣化性能的影響,通過(guò)控制卸料器的變頻電機(jī)的頻率來(lái)改變進(jìn)料速率,發(fā)現(xiàn)在14-19Hz之間氣化效果較好,合成氣中的可燃組分(CO+H_2)含量較高,熱值較高,碳轉(zhuǎn)化率也較高。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TK6
【部分圖文】：

圖 1-1 生物質(zhì)氣化的分類(lèi)無(wú)氧或者含氧量極高的氛圍下生物質(zhì)的氣化反應(yīng)程需要對(duì)氣化爐持續(xù)供熱才能進(jìn)行。固體生物發(fā)，生成的氣體部分（約占 25%~30%）主要是，可達(dá) 15MJ/m3；固體產(chǎn)物主要是炭，液體產(chǎn)物物質(zhì)在空氣氛圍中進(jìn)行的氣化反應(yīng)。生物質(zhì)中發(fā)生反應(yīng)，生成以一氧化碳和氫氣為主的合成次氣化的熱源。因此，空氣作為氣化劑的氣化單，成為最容易實(shí)現(xiàn)和生物質(zhì)氣化技術(shù)，應(yīng)用較低，這是由于空氣中含有較多的 N2（79%），后的氣體中 N2會(huì)占較高的比例。物質(zhì)投入氣化爐后再通入一定的 O2，生物質(zhì)中的

圖 1-2 生物質(zhì)氣化爐的分類(lèi)氣化爐是指氣化爐的進(jìn)料口和合成氣出口都在爐體頂部，空氣由底端進(jìn)入，向上流動(dòng)經(jīng)過(guò)各個(gè)反應(yīng)階段與自由下落的生物質(zhì)發(fā)生段容積大，投入的物料能夠在氣化爐爐體上段儲(chǔ)存?zhèn)溆茫鐖D 1爐的優(yōu)點(diǎn)是：爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、加工生產(chǎn)已經(jīng)普及；合成氣爐頂端排出，這個(gè)過(guò)程能夠使得投入的物料升溫，合成氣出來(lái)的溫了熱損失，合成氣中的灰分含量也較少。上吸式氣化爐的缺點(diǎn)是氣熱交換后水分大大降低，導(dǎo)致 H2的產(chǎn)量大大減少，且生成的合焦油[11]。

圖 1-2 生物質(zhì)氣化爐的分類(lèi)吸式氣化爐是指氣化爐的進(jìn)料口和合成氣出口都在爐體頂部，空氣由風(fēng)機(jī)化爐底端進(jìn)入，向上流動(dòng)經(jīng)過(guò)各個(gè)反應(yīng)階段與自由下落的生物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)體上段容積大，投入的物料能夠在氣化爐爐體上段儲(chǔ)存?zhèn)溆�，如圖 1-3 所氣化爐的優(yōu)點(diǎn)是：爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、加工生產(chǎn)已經(jīng)普及；合成氣爐體中從爐頂端排出，這個(gè)過(guò)程能夠使得投入的物料升溫，合成氣出來(lái)的溫度相減少了熱損失，合成氣中的灰分含量也較少。上吸式氣化爐的缺點(diǎn)是：氣合成氣熱交換后水分大大降低，導(dǎo)致 H2的產(chǎn)量大大減少，且生成的合成氣多的焦油[11]。

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