生物质基础组分化学链燃烧特性实验研究

在间歇式小型流化床上,以天然铁矿石为载氧体,实验研究了木质素、纤维素、壳聚糖3种常见生物质基础组分的化学链燃烧特性。主要考察了组分性质和反应温度对载氧体微观形貌及成分变化等影响特性,以及气相产物生成、碳转化率、碳捕集率和碳转化速率变化规律。结果表明,提高反应温度会使气相产物被载氧体进一步氧化从而释放更多热量,但也导致载氧体出现一定程度的烧结和熔融的现象,从而抑制载氧体的反应活性。在不同反应温度下3种组分的碳捕集率排序为：f(木质素)>f(壳聚糖)>f(纤维素)。当反应温度提高到950℃,3种生物质基础组分的碳捕集率和碳转化率均得到了提高。其中木质素的化学链燃烧效果最好,碳捕集率达到了90.58%,基本实现了碳元素的完全反应,明显优于壳聚糖的80.86%和纤维素的66.98%。     

生物质化学链气化联合燃气轮机发电系统模拟

使用Aspen Plus软件对以Fe_2O_3为载氧体的生物质化学链气化系统进行模拟,分析温度、压力、载氧体与生物质摩尔比、水蒸气与生物质摩尔比等因素对合成气制备的影响;对不同生物质的气化条件进行优化;将气化制得的合成气通入M701F燃气轮机中发电,考察系统的发电效率。结果表明:常压下,不同生物质气化的优化温度均在740℃左右,此时制备的合成气冷煤气效率较高;提高反应压力有利于系统热量自平衡,但合成气的冷煤气效率降低;载氧体与生物质摩尔比的优化值与生物质中氧碳摩尔比呈负相关,且达到优化值时,气化环境中氧碳摩尔比在1.25左右;水蒸气通入气化系统后冷煤气效率可提高15.00%～20.00%,主要原因为H_2的产量显著增加,通入水蒸气后的气化环境的氧碳比在1.4左右时,制备合成气的冷煤气效率较高;系统的发电效率在30.00%～37.00%,高于生物质发电效率。     

基于铁矿石为氧载体的生物质化学链气化技术实验研究

生物质能因为其资源分布广泛、低污染和可再生等性能成为当前人们关注的重点。基于传统气化技术和化学链燃烧技术而衍生出的化学链气化技术具有低气化成本、高产气率和碳转化率高等优点。采用松木屑作为生物质原料,选用铁矿石作为氧载体,探究基于铁矿石为氧载体的生物质化学链气化反应过程,在流化床反应器上进行实验,采用控制变量法,从氧载体、水蒸气和温度等3个方面分析对化学链气化过程的影响。实验结果表明,氧载体对于气化反应的产气率和碳转化率都起到了促进作用,水蒸气的通入使得可燃气中H2的含量明显增多,温度的升高使气化反应最终的产气率和碳转化率逐渐增大。     

生物质化学链气化串行流化床二元物系冷态实验研究

搭建了生物质化学链气化串行流化床冷态模型,考察了木粉与石英砂二元物系在不同工况下的流化特性,结果表明,木粉单独实现流化较为困难,稳定流态化操作范围也较小;石英砂木粉二元物系,随着石英砂含量的增加,流化状态持续改善,稳态流化操作范围增大,当石英砂含量超过70% 时,该二元体系流化状态接近石英砂;石英砂木粉二元混合体系物料循环量及颗粒平均速度随着表观气速的增加而持续增大。     

基于铁矿石载氧体25 kWth串行流化床生物质化学链气化实验研究

设计并建立了25kW_(th)串行流化床生物质气化反应器,基于此反应器,以赤铁矿石作为载氧体,开展生物质化学链气化实验研究,考察气化反应器温度、S/B、载氧体添加比例对生物质气化特性的影响。当赤铁矿占床料比例高于40%时,该气化装置的气化反应器温度保持平稳,铁矿石载氧体的再生及传热性能优良。燃料反应器出口烟气的成分为H_2、CO_2、CO、CH_4和少量的C_2H_4。随着气化反应器温度升高,气化反应器出口烟气中CO、CH_4和C_2H_4体积分数逐渐降低,相应的CO_2体积分数逐渐升高。随着S/B由0.6升高到1.4,气化反应器出口烟气中H_2和CO_2体积分数逐渐升高,CO、CH_4和C_2H_4体积分数逐渐降低。另外,载氧体添加比例增加,生物质气化反应器出口烟气中CO、H_2、CH_4和C_2H_4体积分数呈减小的趋势,而CO_2体积分数显著增加。     

生物质化学链气化多联产工艺热力学分析

为提高生物质的利用效率,提出了生物质化学链气化氢-电-甲醇多联产工艺,采用CaO吸附强化Fe_2O_3生物质化学链气化过程,生产高纯度氢气和适用于甲醇合成的高氢碳比合成气。选用木屑作为生物质,利用Aspen Plus软件进行过程模拟和热力学分析,以合成气的氢碳比(H/C)、系统氢气效率、净电效率、甲醇效率和总效率作为评价指标,讨论了水蒸气与生物质质量比(S/B)、氧载体与生物质质量比(M_(Ca)/B、M_(Fe)/B)和气化压力(p_(CLG))对系统性能的影响。结果表明:在S/B=0.4、M_(Ca)/B=1、M_(Fe)/B=0.5和p_(CLG)=0.8 MPa时,系统性能最优,合成气的H/C为2.09,甲醇效率为41.28%,总效率为59.34%。     

基于铁矿石载氧体的生物质化学链气化机理研究

在单批次进料小型流化床上,以稻壳为生物质燃料,研究了床料、气化温度、水蒸气体积分数以及载氧体载氧量与生物质含碳量的摩尔比(O/C)对生物质化学链气化反应特性的影响,并考察了铁矿石的长期交替氧化还原过程中的反应特性,分析了在小型流化床,水蒸气气氛气化条件下,铁矿石载氧体在反应过程中主要的反应以及反应后的铁矿石的床料变化。研究表明:在载氧体条件下,生物质的碳转化率显著增大,随着反应温度的升高,合成气中的H_2和CO的体积分数也相应升高。在温度不变情况下,随着水蒸气比例的升高,CO_2和H_2的体积分数显著上升。伴随着O/C摩尔比的升高,CO和H_2均显著下降。因此,在不同的反应条件下,铁矿石在生物质化学链气化过程中对反应速度、合成气比例等均有明显的作用,对研究生物质的综合利用具有一定的意义。     

生物质气化合成燃料的绿色化学效应分析

对生物质原料特性及其应用进行了分析，并通过生命周期法（LCA）对生物质和煤气化合成二甲醚燃料的过程进行对比评价。与煤相比，以生物质为原料，每生产1kg二甲醚，可减少排放924．11gCO2，25．01gNOx，70．93gSOx，痕量金属排放量也大大减少。     

基于Fe基载氧体的生物质化学链燃烧试验研究

化学链燃烧技术(CLC)是一种含有CO2内分离的新型燃烧技术。以Fe2O3为载氧体,在10 kWth级串行流化床上进行了生物质化学链燃烧的试验研究,探讨了燃料反应器温度、生物质进料量和水蒸气量对2个反应器(燃料反应器+空气反应器)气体产物组成的影响。结果表明较高的反应器温度虽然有助于速控步(即气化反应)的进行,但是受载氧体的载氧率和颗粒循环速率的影响反而不利于CO2捕集。随着生物质进料量的增加,燃料反应器需氧量的上升,不利于燃料反应器CO2的捕集。而水蒸气量的增加有利于燃料反应器CO2的捕集,但是同时也导致H2的出现。     

生物质成型燃料化学实验分析

生物质对提高能源利用率和缓解环境污染具有非常重要的作用。以松木、棉柴、花生壳和玉米秸秆这4种典型生物质成型燃料为实验材料,分析其化学特性。结果表明:当原料配比为80%松木+20%花生壳或玉米秸秆时,生物质成型燃料燃烧效率最高,其研究结果可为生物质燃料的高效清洁燃烧提供理论依据。     

生物质粉体水蒸气催化气化实验研究

用水蒸气进行梧桐叶粉体的催化气化实验研究。考察了一些主要参数变量，温度（700～900℃）、生物质粉体粒径（〈1mm）、水蒸气／生物质比（0～2．67）、水蒸气压力（0．02MPa-0．08MPa）等对气化结果的影响。实验结果表明：较高的温度有利手氢的产出，但温度过高会使气体热值下降；生物质粉体粒径的大小对产气组分的分布和产气率均有影响；水蒸气的加入使生物质气化产氢率和产气率显著提高，但水蒸气加入量过多使温度下降，产氢率、产气率和产气热值降低。     

生物质气化焦油生成碳黑的实验研究

生物质气化焦油有还原NO的作用。在小型管流反应器上进行的生物质气化气焦油还原NO的过程中有碳黑产生,对试验产生影响。碳黑对人体健康也极具危害。虽有研究表明碳黑有还原NO的作用,但其效果不如焦油裂解之后的小分子永久气体还原NO的效果好,因此再燃过程中有必要对碳黑生成进行控制。对几种典型的生物质焦油模型化合物（苯、甲苯、苯乙烯）燃烧生成碳黑的重要起始参数进行实验测定,得到不同再燃温度条件下（900～1400℃）,苯、甲苯和苯乙烯燃烧生成碳黑的起始碳氧比。本试验结果将对含焦油的生物质气化气再燃试验起到指导作用。     

生物质热解气化技术的现状、应用和前景

生物质能的利用正在日益引起人们的关注。现在,生物质热解气化被用作生产燃料气的普遍技术路线,生产的燃料气被广泛应用于锅炉、发动机、气轮机或燃料电池。本文概述了目前国内外生物质热解和气化技术的现状,特别介绍了国内外几种比较新颖的技术,并且简要地阐述了这些技术的机理、应用以及优点,同时部分地给出了这些技术的流程图和示意图。     

生物质气化技术讲座(五)生物质气化发电与生物质热裂解工程

生物质气化发电主要有３种方式：一是将可燃气作为内燃机的燃料,用内燃机带动发电机发电;二是将可燃气作为燃气轮机的燃料,用燃气轮机带动发电机发电;三是用燃气轮机和汽轮机实现两级发电,即利用燃气轮机排出的高温废气把水加热成蒸汽,再用蒸汽推动汽轮机带动发电机发电。我国主要是采用第一种方式进行生物质气化发电,并开始研究和探讨后两种发电方式。本讲还要简要介绍生物质热裂解工程实例。１我国生物质气化发电发展概况我国生物质气化发电所用原料以谷壳（尤其是稻壳）为主。早在６０年代,我国就开始了生物质气化发电的研究,研…     

基于生物质气化耦合发电的气化特性实践研究

在10 MW级生物质气化耦合燃煤发电工程项目上,考察了当量比、添加蒸汽、掺混秸秆对稻壳气化特性的影响。在当前的实验条件下,随着当量比在0. 14～0. 20的范围内增加时,CO、H_2和CH_4的体积分数均随之减少,燃气热值和气化效率也随当量比的增大而降低;添加适量蒸汽可以促进CO、H_2和CH_4及燃气热值的提高,气化效率则随蒸汽量的增加而升高;当秸秆掺混比例逐渐增加时,CO、H_2和CH_4的体积分数和燃气热值出现了不同程度的下降,气化效率也不断降低。     

生物质气化制取富氢燃气的实验研究

将生物质气化过程和催化裂解过程融合于一体,在下吸式气化炉中对生物质气化制取富氢燃气的特性进行了一系列实验研究,考察了一些主要参数变量,如温度(700～900℃)、水蒸气/生物质比(0～2.67)、生物质粒径(<1mm)以及白云石等对气化结果的影响。在实验研究的条件范围内,生物质产气中氢含量最大为52.47%,产氢率在0.12～0.90m~3/kg范围内变化,产气率在0.59～1.72m~3/kg范围内变化,产气低位热值在8795～21113 kJ/m~3范围内变化。     

生物质气化工艺废水特征及预处理实验研究

对生物质气化中试现场产生的废水进行了水质及水量特征分析,针对生物质气化工艺废水固体颗粒含量高、有机物浓度高、难生化降解、废水增量少的特点,采取减压蒸馏及芬顿氧化对生物质气化废水进行预处理。实验结果表明,在85 ~ 90℃、真空度 -0.07 ~ -0.095 MPa减压蒸馏条件下,废水COD、NH₄-N脱除率分别为74.38%、94.46%;在Fe²⁺-H₂O₂体系中,考察了H₂O₂与废水质量比、H₂O₂与Fe²⁺摩尔比、反应时间、H₂O₂浓度对COD、NH₄-N、TOC、TN等的影响,当H₂O₂与废水质量比为8.40%时,可将减压蒸馏蒸出液COD从2.05 × 10⁴ mg/L降至4.11 × 10³ mg/L,NH₄⁺-N从143 mg/L降至11.1 mg/L。     

户用型生物质气化炉主要技术性能的试验研究

在实验台上针对改进型户用生物质气化炉进行了主要技术性能的试验研究,其中包括生物质原料、鼓风量、气化强度等参数对气化性能的影响,净化装置的脱除效果研究以及焦油回流装置对气化指标的影响等。实验表明,生物质原料的有关参数对气化性能有明显影响;鼓风量是气化炉生产负荷最简单迅速的调节手段之一,鼓风量存在一个最佳运行的鼓风量范围;户用型气化炉设计的净化装置脱除效果显著;焦油回流装置设计合理,提高了燃气品质和气化效果。     

生物质气化发电技术

随着人们对能源需求的日益增长,作为人类目前主要能源来源的化石燃料却迅速减少,而生物质能是一种重要的可再生能源,它分布广泛,数量巨大。但由于它能量密度低,又分散,收集和运输困难,所以难以大规模集中处理。另一方面随着经济的发展,我国电力供应日益紧张,对电力需求很大,电价居高不下,在这种环境下,通过气化发电技术,把生物质转化为电力,既能大规模处理生物质废料,又能为生产提供电力,具有明显的社会和经济效益。本文主要讲述生物质的气化技术,生物质气净化处理技术及生物质气用于内燃机的发电技术。     

生物质气化发电技术

随着人们对能源需求的日益增长,作为人类目前主要能源来源的化石燃料却迅速减少,而生物质能是一种重要的可再生能源,它分布广泛,数量巨大。但由于它能量密度低,又分散,收集和运输困难,所以难以大规模集中处理。另一方面随着经济的发展,我国电力供应日益紧张,对电力需求很大,电价居高不下,在这种环境下,通过气化发电技术,把生物质转化为电力,既能大规模处理生物质废料,又能为生产提供电力,具有明显的社会和经济效益。本文主要讲述生物质的气化技术,生物质气净化处理技术及生物质气用于内燃机的发电技术。