木屑炭高温CO2气化特性研究

在高温固定床反应器中,以木屑炭为原料,进行木屑炭CO₂气化的特性研究。考察了气化温度和CO₂流量对燃气各组分体积分数、热值、固体产率、产气率的影响。结果表明：随着气化温度从750 ℃升高到950 ℃,CO体积分数明显增加,CO₂体积分数明显减少,燃气热值增加较明显,而从950 ℃升高到1 050 ℃时,燃气热值增加趋势减缓。CO₂作为气化介质,随着其流量增加,固体产率减少,气体产率增加,燃气组分中CO₂体积分数明显增加,CO体积分数先增加后减少,燃气热值先增大后减小。CO₂流量为15 mL/（min·g）时,燃气热值最大。气化温度950 ℃、CO₂流量15 mL/（min·g）为较佳的气化条件,此时气化制备的气体中CO体积分数为51.51%,CO₂体积分数为37.99%,燃气热值为8.03 MJ/m³,产气率为0.78 L/g。     

木屑水蒸气气化制取富氢燃气研究

以木屑为原料,利用高温固定床反应器,通过高温水蒸气气化制取富氢燃气,考察了气化温度(750~1000℃)和水蒸气流量(0.290~1.409 g/min)对燃气中H₂的体积分数、热值、产气率等指标的影响。实验结果表明:不同的气化温度和水蒸气流量对燃气各组分体积分数有很大的影响,较高的气化温度和适当的水蒸气引入量有利于氢气的产生,但是过高的温度和过量水蒸气的引入会造成燃气热值降低。综合考虑各方面影响,水蒸气气化的最适条件为气化温度900℃,水蒸气流量1.033 g/min,在该条件下,所制得的气化燃气中H₂体积分数为45.74%,热值为11.69 MJ/m³,产气率为1.96 L/g。     

废食用菌棒循环流化床气化试验

废菌棒是食用菌生产过程中产生的残余废弃物，其再利用对于资源节约与环境保护具有重要意义。本文采用循环流化床气化炉对废菌棒进行了气化试验，分别研究空气当量比、水蒸气配比对气化炉运行温度、气化燃气组分与热值、焦油含量、气化效率及碳转化率等气化特性的影响规律。结果表明：空气当量比由0.20增大至0.35时，循环流化床运行温度与碳转化率升高，气化燃气中的CO₂体积分数增大，CO与焦油含量及气化燃气热值下降，气化效率呈现先增大后减小的趋势；空气当量比为0.26时气化效率达到最大74.86%，此时燃气热值为5.59MJ/m³。以空气为主气化介质，采用水蒸气作为辅助气化剂，可以改善气化燃气品质，提升气化效率。当空气当量比为0.26、水蒸气配比为0.2时，废菌棒具有较好的空气-水蒸气气化特性，燃气热值与气化效率分别达到最大值6.14MJ/m³与83.73%。     

基于CoFe2O4载氧体的生物质化学链气化反应特性

在热重分析仪和固定床反应器上对基于CoFe₂O₄载氧体的生物质化学链气化反应特性进行了研究，考察了载氧体与生物质质量比、水蒸气、反应温度对生物质化学链气化反应特性的影响，同时也对载氧体的循环反应性能进行了研究。通过XRD及SEM对新制备的和反应后的载氧体进行了表征。热重结果表明：CoFe₂O₄能够提供晶格氧，有效促进生物质气化。当CoFe₂O₄与生物质质量比为0.8，水蒸气体积分数为50%，温度为900 ℃时，气化反应效果最好。5次循环反应后，仍能获得较高品质的合成气，载氧体能够循环再生且未出现明显烧结团聚。     

玉米秸秆循环流化床气化中试试验

玉米秸秆是农业生产过程中产生的剩余物,其热解气化是秸秆类生物质处理应用的重要选择方向。为此,采用循环流化床气化中试装置对玉米秸秆进行了气化试验,研究空气当量比ER、原料含水率对反应温度、气化燃气组分与热值、气化效率及燃气中的焦油含量等气化特性影响规律,并通过改变进料量试验得到了在不同负荷运行条件下的优化工作参数。结果表明：①随着ER的增大,循环流化床气化炉内的反应温度升高,气化燃气中的CO₂含量增加,焦油与CO含量及燃气热值降低,气化效率随ER的增大呈现先增大后减小趋势,较理想的ER为0.26,此时的气化效率达到70.2%、燃气热值为5.1MJ/m³;②原料含水率的增大降低了气化炉内的反应温度,当原料含水率在5%～15%之间逐渐增大时,燃气中的H₂含量、燃气热值及气化效率均有提升,当含水率由15%继续增大到25%过程中,燃气热值与气化效率均出现了快速下降;③根据气化炉额定进料量设计值,改变进料负荷在66%～120%范围内,调节ER在0.26～0.3时均可得到较好的运行工况,对应得到的燃气热值为4.8～5.1MJ/m³、气化效率为69%～72%。     

松木屑在氧气-水蒸气-二氧化碳氛围下的气化模拟研究

以氧气-水蒸气-二氧化碳作为气化介质,松木屑为原料,采用Aspen Plus软件,结合自建模型,对生物质气化进行了模拟研究。首先,利用文献中的数据对模型进行了验证,模拟结果与文献中的数据基本吻合,证明了该模型的正确性。接着,考察了气化温度、氧气用量（c_ER）、水蒸气与生物质质量比（m_S/m_B）、二氧化碳与生物质质量比（m_CO2/m_B）对产气组成、气体热值、气体产率、气化效率和产气氢碳比（n_H2/n_CO）的影响。结果表明：在850℃、101.325kPa、c_ER=0.2、m_S/m_B=1、m_CO2/m_B=0.6的条件下,气化产物特性为气体热值7.45MJ/m³、气体产率1.78m³/kg、气化效率73.3%、氢碳比1.79。适当提高气化温度有利于气化。c_ER的增大使气体热值、产率和气化效率均迅速降低;但对产气中氢碳比的影响较小。此外,气化剂中水蒸气的适量增加有利于氢气的产生并能明显提高其体积分数,二氧化碳的适量增加有利于一氧化碳的产生并能在一定程度上提高其体积分数,二者均能有效调节产气的氢碳比。     

生物质下吸式气化炉气化制备富氢燃气实验研究

以制取富氢燃气为目标,在自热式下吸式气化炉反应器内,进行了生物质下吸式气化炉富氧/水蒸气及空气气化的制氢特性研究。实验结果表明,与空气气化相比,富氧/水蒸气气化可显著提高氢产率和产气热值。在实验条件范围内,最大氢产率达到45.16 g/kg;最大低位热值达到11.11 MJ/m3。在富氧/水蒸气气化条件下,燃气中H2+CO体积分数达到63.27%—72.56%,高于空气气化条件下的52.19%—63.31%。富氧/水蒸气气化条件下的H2/CO体积比比值为0.70—0.90,低于空气气化条件下的1.06—1.27。实验结果证实:生物质下吸式气化炉富氧/水蒸气气化是一种有效的制取可再生氢源的工艺路线。     

循环流化床气化温度对稻壳气化固相产物特性的影响

为解决燃煤机组耦合生物质气化发电过程中固相产物的妥善利用问题，以稻壳为原料，在襄阳电厂6#燃煤机组耦合生物质循环流化床上，考察了稻壳气化发电时气化温度对燃气组分以及固相产物的含碳量、比表面积、微观形貌和吸附能力的影响。结果表明：燃气主要可燃成分CO和H₂随温度升高先增大后减小，当温度为775 ℃时达到最高值，分别为18.79%和7.83%，625~775 ℃燃气热值高，固相产物含碳量较高；在较低的气化温度条件下，固相产物孔结构发育更加完全，且孔隙数量增加，孔壁厚度中等，比表面积随温度降低而不断增加；碘吸附值和比表面积基本线性相关；625 ℃时，固相产物比表面积最大为145.3 m²/g，碘吸附值最大为265 mg/g，可应用于消耗大、对吸附能力要求不高的场所。     

松木屑催化气化制取富氢燃气

以松木屑为生物质原料,水蒸气为气化介质,使用自制镍基复合催化剂Ni-CaO,在固定床气化炉中进行生物质催化气化反应,考察了催化剂用量、气化温度和水蒸气流量对生物质水蒸气气化制氢特性的影响。结果表明,当催化剂与原料质量比由0增加至1.5时,H_2体积分数由45.58%增至60.23%,产氢率由38.80g/kg增至93.75g/kg,当催化剂与原料质量比为2时,两者均有增加,但是变化不明显。温度从700℃增至750℃时,燃气中H_2的体积分数由54.24%增至60.23%,CO_2由21.09%降至13.18%,继续升高温度,H_2的体积分数和燃气热值均逐渐降低,以Ni-CaO为催化剂时750℃是制取富氢燃气的最佳气化温度。当气化温度为750℃,催化剂与原料质量比为1.5,水蒸气通入量为0.34g/(min·g)时,H_2体积分数为60.23%,产氢率为93.75g/kg,燃气热值为12.13MJ/m~3。     

玉米秸秆与煤流化床的共气化特性

以玉米秸秆与无烟煤为原料,在循环流化床中进行空气-水蒸汽气化实验,采用预热装置将气化剂(空气、水蒸汽)由常温加热至500℃,考察气化温度、气化剂类型及生物质掺混比对气化燃气组分和热值、气化效率及碳转率等指标的影响.结果表明,提高气化温度可增大碳转化率及气化效率,950℃时无烟煤单独气化效率最高,850℃时玉米秸秆掺混比为20%的混合试样气化效率最高.选择空气-水蒸汽作气化剂时,H2体积分数由1.80%增至15.53%.玉米秸秆掺混比增加可促进CO生成,抑制CO_2生成,掺混比高于40%时会降低燃气热值及碳转化率.空气作气化剂,玉米秸秆掺混比为20%时燃气热值最高,空气-水蒸汽作气化剂,玉米秸秆掺混比40%时燃气热值最高.     

鼓泡流化床垃圾衍生燃料富氧气化

在鼓泡流化床上进行两种垃圾衍生燃料(RDF)的富氧气化试验,考察了RDF的热重特性并分析了气化温度、当量比及富氧浓度对气化特性的影响.结果表明:两种RDF均由纤维素及塑料类组分构成.随着温度由650℃升高至800℃,两种RDF产气的H₂、CO及CH₄浓度均逐渐增加,产气热值和气化效率同时提高.当量比增大时可燃组分浓度先略有增大后逐渐减小,但气体产率不断增大.RDF1及RDF2分别在当量比为0.22及0.27处达到最佳气化效率.富氧气化可有效改善气化品质,提升合成气热值,富氧浓度为45%时RDF1及RDF2合成气热值均达到最大,分别为8.6 MJ·m^-3及9.2 MJ·m^-3.     

Low-tar,highly burnable gas production from the gasification of pelletized palm empty fruit bunch

Gasification is an attractive method to convert lignocellulosic biomass into a combustible gas mixture for electricity and power generation. To control the tar concentration in the produced gas to be within the allowable limit of downstream applications, it is important for a gasification system to be integrated with a tar removal process. In this study, an integrated gasification system consisting of a downdraft gasifier and a secondary catalytic tar-cracking reactor was designed and tested for the gasification of pelletized oil palm empty fruit bunch. To further purify the producer gas, the system was also integrated with a cyclone, a water scrubber, and a carbon-bed filter. Biomass was fed at a rate of 5 kg/h, while the air equivalence ratio (ER) and the gasification temperature were set at 0.1 and 800°C, respectively. In total, 5 kg of the specially developed low-cost Fe/activated carbons (AC) catalyst was used in the hot gas catalytic tar-cracking reactor. Results indicate that our integrated gasification system was able to produce a clean burnable gas with a lower heating value (LHV) of 9.05 MJ/Nm³, carbon conversion efficiency (CCE) of 79.4%, cold gas efficiency (CGE) of 89.9%, and H₂ and CH₄ concentrations of 29.5% and 10.3%, respectively. The final outlet gas was found to only contain 32.5 mg/Nm³ of tar, thus making it suitable for internal combustion engine (ICE) application.     

感冒清热颗粒中药渣中试规模循环流化床气化实验

以感冒清热颗粒中药渣为原料,在双回路循环流化床中试设备中进行热解气化实验,研究原料含水率、原料粒径以及空气当量比ER对其气化特性的影响。结果表明：①随着原料含水率的提高,炉内平均温度降低,产生的燃气中焦油含量、CO2含量明显提高;CO含量、气体产率、碳转化率显著降低;H2含量、燃气热值以及气化效率均呈现先增大后减小的趋势。②原料粒径越小,反应炉内平均温度越高,燃气中焦油含量越低,燃气热值和气体产率越高,气化效率以及碳转化率越高;H2、CH4、CO、CnHm含量增加,CO2含量减少。③随着ER的增大,可燃气体尤其是CO的浓度不断降低,CO2含量不断增加;炉内平均温度、气体产率以及碳转化率均逐渐增大;燃气热值和燃气中焦油质量浓度逐渐减小;气化效率则呈现先增大后减小的变化趋势。④当原料含水量<9%、原料粒径<4mm以及ER在0.25~0.27时,气化效率较高,具有较好气化特性。     

Numerical simulation of 3D fluidized bed biomass gasification based on CPFD

Based on computational particle fluid dynamics (CPFD), a three-dimensional bubbling fluidized bed steam-air mixed gasification numerical model was established, and it was verified with experiment trials. The results show that the simulation and experiment have good consistency. Based on the model, the gas distribution and temperature distribution in the gasifier were studied; meanwhile, the biomass properties (particle size, water content, types) and operating conditions (gasification temperature, bed height) were investigated. The results show that there is an optimal value for the impact of biomass particle size on gasification performance, with an average particle size of 0.6 mm being the best; a higher water content will reduce the output of combustible gas and is not conducive to the gasification reaction. Among the four types of biomass, sawdust gasification has the highest efficiency, the largest combustible gas production, and the highest gas calorific value. Rice husk is second only to sawdust but its carbon conversion rate is higher than that of sawdust; increasing the gasification temperature can increase the proportion of combustible gas and increase gasification efficiency; while the change of initial bed height can change the ratio of H₂/CO. This experiment provides a theoretical reference for biomass steam/air gasification, which is helpful for the selection and processing of biomass raw materials, and also facilitates the amplification and optimization of the gasifier.     

基于CPFD方法的流化床生物质气化数值模拟

基于计算颗粒流体动力学（CPFD）建立了三维鼓泡流化床水蒸气-空气混合气化的数值模型，并进行了模型验证，结果表明模拟和实验具有良好的一致性。在该模型的基础上，研究了气化炉内气体分布以及温度分布；同时探究了生物质属性（颗粒粒径、含水率、种类）以及操作条件（气化温度、床料高度）对气化特性的影响。结果表明，生物质颗粒粒径对气化性能的影响存在一个最优值，平均粒径为0.6 mm是最佳的；较高的含水率会降低可燃气体产量，不利于气化反应的进行；四种生物质中，锯末气化的效率最高、可燃气体产量最大、气体热值最高，稻壳仅次于锯末但其碳转化率高于锯末；提高气化温度可以增加可燃气体的比例、提高气化效率；而初始床层高度的变化可以改变H₂/CO的比例。本实验为生物质水蒸气/空气气化提供了理论参考，有助于生物质原料的选取和处理，也有助于气化炉的放大和优化。     

高温烟气中煤焦气化行为

针对高温烟气中煤焦的气化行为，本文采用FactSage 6.1计算了煤焦在高温烟气下的高温反应特性，并利用热重分析仪分析了煤焦气化行为。通过沉降炉实验进一步研究了不同温度、气体配比、粒径条件下气体产物的动态析出特性，同时计算了评价指标α、β、LHV值。结果表明：随着温度的升高，气体产物H₂和CO的含量增加，β、α、LHV值增大，CH₄和CO₂的含量下降。在温度为1200℃时，β、α值分别由CO₂/CO比为10∶70时的10.80%、5.21%增加到CO₂/CO比为50∶30时的24.71%、41.06%。同时，随着CO₂/CO比值的增大，高温烟气对煤焦气化反应抑制减弱。通过对比反应温度和粒径对煤焦气化反应的影响，得出反应温度远大于粒径对煤焦气化反应的影响。通过实验验证了向高温烟气中喷吹煤焦制备高品质可燃气体方法的可行性。     

螺旋扭曲管用于燃气轮机进气温度调节换热器的可行性研究

对将螺旋扭曲管用于燃机进气温度调节换热器进行可行性分析，模拟燃机进气加热器实际运行的工况条件进行综合传热性能实验研究，得到了传热与流阻准则关系式；引入综合评价因子概念并与传统钢铝翅片管换热器进行对比发现，螺旋扭曲管换热器是钢铝翅片管换热器的1.31~1.52倍。以某建设项目采用的E级PG9171E型机组为例，对采用螺旋扭曲管和钢铝翅片管的两种进气温度调节换热器进行对比发现：当采用螺旋扭曲管换热器时，在同样换热能力下，换热器风侧阻力增大了14.7%；在同等质量下，换热器换热能力提高9.9%左右。     

基于Aspen Plus的Shell气流床工业气化炉模拟

基于Aspen Plus软件的Gibbs自由能最小化法,本文建立了煤粉在Shell气流床中的气化模型。该模型预测气化温度和煤气组成,与文献试验结果吻合良好。利用Aspen Plus的灵敏度分析模块研究了氧煤比、氧气体积分数和氧气预热温度对气化结果的影响,并进行了正交模拟计算,研究了以上3种因素共同作用的结果。结果表明：氧煤比增加使碳转化率升高,冷煤气效率先升高后降低,并在氧煤比为0.9kg/kg时取得最大值77.72%;氧气体积分数增加使煤气热值、碳转化率和冷煤气效率升高,氧煤比为0.8kg/kg且氧气体积分数为50%时,冷煤气效率可达82.6%;氧气预热温度增加使碳转化率、冷煤气效率升高,氧煤比为0.8kg/kg且氧气预热温度为600℃时,冷煤气效率可达82%。通过正交模拟计算综合分析,氧煤比对冷煤气效率和碳转化率的影响作用占首位,氧气体积分数对煤气热值、有效气体积分数、煤气产率的影响作用占首位,氧气预热温度对煤气化指标影响较小。在实验范围内,当氧煤比0.8kg/kg、氧气体积分数100%、氧气预热温度300℃时的煤气热值达到最大值3011kcal/m³;当氧煤比为0.8kg/kg、氧气体积分数60%~100%、氧气预热温度300~500℃时的冷煤气效率达到最大值83.46%。