内循环流化床生物质气化过程的神经网络模型

基于BP人工神经网络原理,利用MATLAB神经网络工具箱,以实验得到的57组气化实验数据作为样本,建立了一个以加料量和送风量为输入变量,以燃气热值、产气率、碳转化率和气化效率为输出变量,用于描述连续稳定气化过程的内循环流化床生物质气化模型。对模型的隐层节点数和训练周期改变对模拟结果的影响进行了分析,发现当隐层节点数为20,训练步骤为50步,模型的4个输出变量的模拟结果与实验结果相关系数均超过0.95;同时对该模型的预测能力进行了考察,模型预测结果与实验结果吻合良好,证明了该模型具有较强的泛化能力,为生物质内循环流化床气化系统的优化设计和自动控制提供新思路。     

内循环流化床颗粒流动特性的直接数值模拟

内循环流化床是一种新型式的流化床，采用多风室非均匀布风实现床料颗粒的大尺度循环流动，从而增强了颗粒的横向混合。内循环流化床已应用于城市生活垃圾的焚烧制能，其燃烧速度、燃尽率及污染物排放优于传统的链条炉或鼓泡床。但是，目前设计的内循环流化床普遍较小，还不能满足城市垃圾的处理要求．根本原因在于对床内的气-固流动特性，特别是颗粒的运动规律没有深入的认识。内循环流化床内的气一固流动属于稠密的两相流，通过试验手段，如PIV、PDA也很难获得床内单个颗粒的运动特征。因此，采用前言的DEM(Discrete Element Method)模型对二维内循环流化床内的颗粒流动进行直接数值模拟．模拟结果表明非均匀布风内循环流化床内确实存在颗粒的大尺度循环流动。图4表1参5     

内循环流化床颗粒动力特性的研究

本文介绍了Ｖ型内循环流化床中颗粒动力特性的试验研究结果,包括颗粒内循环的运动轨迹,床层内压力分布特性及流态化速度等。     

带提升管内循环流化床的流动特性研究

运行参数和结构尺寸是内循环流化床物料循环流率的重要因素。设计并搭建了内循环流化冷态试验台,通过实验分析了气化室风速、提升管风速、返料孔高度及大小对物料循环流率的影响。实验表明:物料循环流率随气化室风速、提升管风速的增大而增大,但增加幅度变化不同;随返料孔位置的增高而下降,且下降速度加快;随着返料孔面积的增大,先增大然后减小。     

内循环流化床气泡运动特性的可视化研究

城市固体废弃物焚烧过程中采用非均匀布风的内循环流化床，这种内循环流化床有其独有的特点，使用非均匀布风实现床料颗粒的大尺度回旋流动，内循环流化床气中气汽的运动特性直接影响着床料的回旋流动及床料的混合，因此，有必要研究内循环流化床中气泡的运动。该文采用可视化的方法研究气泡的运动轨迹及运动速度。     

生物质在隔板式内循环流化床中的气化

对隔板式内循环流化床气化炉的气化特性进行了研究。考察了一些主要参变量，如温度（600～850℃）、空气当量比（0.17～0．35）和内循环率等对气化结果的影响。在实验研究的条件范围内，生物质气体产气率在1.26m^3／kg～1.9m^3／kg（标准大气压下）之间变化。气体热值在3010kJ／m^3～6195kJ／m^3（标准大气压下）范围内变化。实验结果表明，这种气化炉在750～800℃时，气化效果最好，产气率为1．7～1．9m^3／kg（标准大气压下），气体热值为6041～6195kJ／m^3之间，气化效率可达70％。     

内循环流化床锅炉的特性

流化床中存在的换热器管的腐蚀问题已经由一种新的内循环流化床锅炉（ＩＣＦＢ）所解决。ＩｃＦＢ能同时有效地燃烧工业废弃物和煤，有效地控制蒸汽量，达到限制ＳＯｘ和ＮＯｘ生成量的新标准。     

生物质内循环流化床气化炉结焦特性

分析了近年来生物质流化床气化炉的结焦研究的状况,总结了影响生物质流化床气化过程中结焦的因素和确定结焦时最小流化速度的几类计算方法。分析了辽宁营口160kW气化装置结焦过程中运行参数的变化情况,给出防止结焦发生的一些措施。     

隔板式内循环流化床气化炉关键尺寸的设计和炉内温度特性

介绍了一套新型的隔板式内循环气化炉的设计和运行情况。详尽说明了内循环气化炉中几个特征尺寸，如布风板的面积、隔板的高度和自由层高度的确定方法。针对2种不同原料(木屑和稻壳)的运行风量和床内温度调节特性，结合生物质灰的熔融特性，经过大量试验，得到如下结论：燃用木粉时，控制砂床温度低于950℃，可以有效防止炉内结焦；燃用稻壳时，控制砂床温度在1000℃下，可以有效防止炉内结焦。     

非均匀布风内循环流化床中气泡特性的可视化研究

采用数字图像处理技术对非均匀布风内循环流化床中气泡形状、气泡尺寸沿床层高度方向的变化、气泡运动轨迹及气泡上升速度等特性进行了可视化研究。结果表明:非均匀布风内循环流化床中只在高风速区产生大量向上运动的气泡;气泡沿床层上升,气泡形状逐渐向水平方向发展,且气泡尺寸增大;气泡在上升过程中存在横向偏移,增大高风速区流化速度,气泡横向偏移量增大;沿床层高度方向,气泡运动速度有较大波动,为非均匀布风内循环流化床的设计和运行提供了科学依据和理论基础。     

中型流化床中的生物质气化实验研究

以空气为气化介质,在中型流化床反应器上进行了生物质(木屑)气化实验研究。考察了当量比ER(0.20～0.34)、气化温度(670～820℃)对气化结果的影响,初步探讨加入二次风对气化的影响。在实验研究的条件范围内,煤气热值在5650～6665kJ/m3范围内变化,生物质产气率在1.51～2.26m3/kg之间变化,碳转化率在74.3%～90.8%之间变化,气化效率达到61.8%～78.1%;加入适量二次风可以提高气化效率和碳转化率,减少焦油含量。实验结果表明:此流化床气化炉当气化温度在720～770℃之间,当量比ER在0.24～0.28之间时,气化效果最好,此时煤气热值可达到6400～6600kJ/m3,产气率为1.75～1.95m3/kg,碳转化率为83%～89%,气化效率高达71%以上。     

木屑在循环流化床中的流动特性研究

研究了冷态实验条件下木屑在内径0.28m、高10m的循环流化床中的流体力学特性。着重研究了表观气速U_g=1.81～2.26m/s、循环流率G_s=0.42～0.76kg/(m~2·s)的工况下木屑在循环流化床上升管中颗粒速度与床层空隙率的轴向及径向分布特点。实验发现:循环流化床的下降管中保持足够料高是木屑实现先定循环的必要条件;颗粒在上升管中的流动为典型的环-核结构;面积平均空隙率沿床高呈现先增大再减小的现象。通过将截面按径向位置r/R=0～0.71,0.71～0.93,0.93～1.00分为3个区域,分析了环区、核区和环核过渡区各自的床层空隙率以及颗粒速度沿床高变化的特点。     

生物质循环流化床气化炉的数学模型研究

以试验为基础，根据有关化学动力学、快速流态化模型等资料，结合原料的宽筛分特性，建立了生物质循环流化床气化炉的数学模型，并用Ｑｕｉｃｋ－Ｂａｓｉｃ语言编制程序。利用模型对循环流化床木粉气化炉的运行参数进行模拟计算，模拟结果与试验数据符合良好，在一定程度上证明了模型的有效性和可靠性。利用该模型不仅能选择气化炉的最佳运行工况，而且可为同类反应器设计提供理论指导。     

双级料腿循环流化床压力平衡分布的研究

该文在双级料腿循环流化床冷态实验装置中测定了不同工况下的压力平衡分布，详细分析了各种运行工况对压力平衡分布的影响。实验结果表明：双级料腿循环流化床压力平衡主要依靠第二级循环料腿中物料的停留量来维持。调节压力平衡的关键是第二级循环料腿中脱氯床(包括布风板和床层)的阻力。通过压力平衡计算得到了脱氯床阻力的计算公式。     

流化床中单颗粒纤维素热解模型研究

为了研究生物质热解过程，该文对纤维素这种生物质中主要组份的流化床热解过程进行了数值模拟。模型在合理选取动力学模型的基础上考虑了单颗粒纤维素在流化床热解过程中由扩散和对流所引起的热量传递，包括了各种重要的气、液相热解产物的质量传递以及颗粒内部压力对过程的影响。计算结果显示，即使是对非常小的颗粒，热解反应热对热解过程的影响也至关重要；而无论是在大颗粒还是小颗粒中，热解液相中间产物流动对能量、质量传递的影响以及挥发份参加颗粒内二次反应的份额则可以忽略。计算还得到不同粒径颗粒热解的产物分布。总体来说，该模型为我们提供了一个探究纤维素热解细节的机会。计算结果可以为实际热解反应器的设计和运行提供依据。     

生物质流化床热风干燥特性研究

在一个自制的能实时检测质量的流化床干燥试验装置上对一种速生林木材的热风干燥特性进行了深入系统的研究,分析了热风温度、热风速度以及料层高度等对生物质样品干燥热特性的影响。结果表明:干燥速率随温度和风速的增加而增大;随料层厚度的增加而下降;物料的含水率越高,干燥速率越快,随含水率的变化,各条件对干燥速率的影响程度发生改变。通过对干燥过程模拟分析发现,干燥曲线以及脱水速率分别符合薄层Page模型和线性方程模型,且干燥方程中的参数k主要受风温和料层厚度影响,参数n则主要受风速影响。     

棉秆流化床燃烧的成灰特性和床料选择

介绍了山东某地棉秆的物理、化学特性,在0.2MWth试验装置上研究了棉秆流化床燃烧时不同床高的温度分布,利用ICP技术对灰的元素成分进行了分析,发现棉秆流化床燃烧时部分碱金属以挥发态析出,其中钾元素析出比例最大.飞灰中碱金属成分含量较高,对流受热面的沾灰可能性很大.该文中重点对棉秆流化床燃烧时两种床料:石英砂和高铝矾土的烧结特性进行了研究,通过使用SEM/EDX对两种床料燃烧前后微观结构和元素成分的变化进行了对比,结果发现石英砂床料颗粒表面形成了低温共熔混合物,烧结非常严重,并最终影响到正常流化,高铝矾土床料经长时间运行没有发现烧结现象,因此,棉秆流化床燃烧选择弱酸性的高铝矾土床料为宜.试验结果为棉秆流态化燃烧锅炉设计和运行提供了理论基础.     

玉米秆在流化床中燃烧特性的初步研究

对玉米秆与弱酸性床料的混合流化特性进行了研究,结果表明,长度为20～50mm玉米秆与一定粒径分布的床料,当质量配比为1%,流化数N=3～6时,能较均匀地混合流化,但N>6后,混合的均匀度有所下降.根据热重试验结果可以看出玉米秆着火温度低,挥发份析出速度快,并容易燃尽.在0.2MWth流化床试验台上研究发现,当N>6时,玉米秆和床料分层严重,密相区温度在820℃以下,当N=3～6时,密相区温度能达到设计要求,说明冷态试验结果能够指导热态运行,玉米秆流化床燃烧时流化风速不能太大.经过24h热态试验后,床料没有出现烧结现象,利用XRF技术分析发现玉米秆灰中碱金属含量较高,高温对流受热面的沾灰可能性较大.