生物质气化气还原NO的化学反应动力学机制及数值模拟

采用生物质燃料再燃方式既能减少NOx排放,又能减少CO2、SOx排放,因此生物质燃料再燃是具有优势的生物质能利用方式,成为再燃技术研究的新方向。生物质气化再燃相比较直接再燃,气化后再燃不会破坏锅炉的灰成分,同时锅炉受热面的积灰、结渣、腐蚀等问题也可以避免,尤其适合难以直接燃烧的生物质。生物质气化气还原NO的化学反应动力学机制研究有助于深入理解再燃过程,优化再燃效果。提出1套详细的化学反应动力学机制,并对稻杆气化气的再燃进行模拟与分析,针对温度、当量比这2个重要再燃参数,得出稻杆气化气再燃的最佳当量比为φ=1.1~1.5,最佳温度范围在1 300 K以上。     

生物质气化过程的热化学平衡模型

本文通过对生物质气化过程的分析,建立了一种基于热化学平衡机理的气化过程平衡模型,详细介绍了模型的原理和建立过程。     

基于响应面法的生物质半焦催化气化试验

以海泡石为载体制备生物质气化的碱金属催化剂,开展了低温水蒸气条件下的麦秸半焦催化气化试验。采用响应面设计法,进行3-level中心组合设计试验,构建半焦气化性能指标(氢气产率RH2、碳转化率XC、反应速率YC)与催化剂制备参数(K2CO3负载量、催化剂煅烧温度)的响应曲面,对半焦气化性能进行效应分析和优化。研究结果表明:K2CO3负载量对半焦气化反应的影响极显著;催化剂煅烧温度对氢气产率、碳转化率影响显著;二者对氢气产率、碳转化率还存在一定的交互效应。利用Design Expert软件优化,得到最佳的催化剂制备参数为:煅烧温度728℃、K2CO3负载量25.8%,在此优化条件下的试验结果显示RH2?103.67 mol/kg、XC?96.48%、YC?1.28%/min,与模型预测值一致。气化温度对半焦气化有着重要的影响,低于700℃时,气化反应受到抑制,且试验表明海泡石是生物质低温气化制取富氢气体的一种合适的催化剂载体。     

生物质气化技术原理及应用分析

介绍了生物质气化技术的原理,生物质气化工艺及气化设备。目前应用较多的气化技术是生物质气化供气和生物质气化发电技术。提出了应用过程中存在的问题,提高效率、降低焦油含量等是今后利用生物质气化技术的发展方向。     

生物质流化床空气水蒸气气化模拟

生物质气化是一种可有效利用生物质能源的热化学转化技术。该文利用大型化工流程模拟软件Aspen Plus建立生物质在流化床气化炉内空气水蒸气气化模型,并研究气化温度对产气组分的影响。将模拟结果与试验结果进行了对比,吻合良好,表明该模型具有一定的适用性。利用灵敏度分析功能研究了空气当量比(equivalence ratio,ER)和水蒸气/生物质质量比(S/B)对产气组分、热值以及气化效率的影响。结果表明:提高气化温度,产气中H2和CO2含量增加,而CO和CH4含量减小;在空气当量比为0.27时气化效率最高;当S/B取1.3~1.7范围时,产气热值较高,可达11.8MJ/m3。     

基于响应面法的生物质半焦催化气化试验EI北大核心CSCD

以海泡石为载体制备生物质气化的碱金属催化剂,开展了低温水蒸气条件下的麦秸半焦催化气化试验。采用响应面设计法,进行3-level中心组合设计试验,构建半焦气化性能指标(氢气产率RH2、碳转化率XC、反应速率YC)与催化剂制备参数(K2CO3负载量、催化剂煅烧温度)的响应曲面,对半焦气化性能进行效应分析和优化。研究结果表明:K2CO3负载量对半焦气化反应的影响极显著;催化剂煅烧温度对氢气产率、碳转化率影响显著;二者对氢气产率、碳转化率还存在一定的交互效应。利用Design Expert软件优化,得到最佳的催化剂制备参数为:煅烧温度728℃、K2CO3负载量25.8%,在此优化条件下的试验结果显示RH2?103.67 mol/kg、XC?96.48%、YC?1.28%/min,与模型预测值一致。气化温度对半焦气化有着重要的影响,低于700℃时,气化反应受到抑制,且试验表明海泡石是生物质低温气化制取富氢气体的一种合适的催化剂载体。     

生物质气化发电技术现状分析

生物质气化发电技术是生物质能最有效最洁净的利用方法之一,其研究和应用在国内外都已得到较快的发展。通过生物质气化发电的技术经济分析及与直燃发电技术的比较表明,生物质气化发电技术是非常适合我国国情的可再生能源技术,根据不同地区的具体情况建立合理规模的生物质气化发电项目可以取得良好的经济和社会效益。指出了生物质气化发电技术的巨大发展潜力及其产业化关键在于优惠政策的扶持。     

串行流化床生物质催化制氢模拟研究

氢是未来理想的清洁能源,寻求大规模的、洁净的、廉价制氢技术是各国科学家共同关心的问题。该文提出串行流化床生物质制氢技术,将生物质热解气化和燃烧过程分隔开,气化反应器和燃烧反应器之间依靠催化剂颗粒进行热量传递,分析了串行流化床生物质制氢的化学反应机理,实现生物质催化气化高效制氢。利用Aspen Plus软件,建立串行流化床气化反应器模型,对生物质催化气化制氢进行了模拟计算,研究了气化过程中温度、催化剂种类(方解石、菱镁矿和白云石)、以及催化剂与生物质配比等变化因素对生物质气化制氢的影响。结果表明催化剂中CaO组分对生物质气化制氢过程的催化作用非常显著,气化反应温度为 700-750℃时较为适宜。     

基于生物质与煤共气化的系统模拟分析

对所构建的生物质与煤共气化系统进行了流程模拟,研究气化反应温度、生物质掺混比wbio和水蒸气与生物质的质量比S/B对气化特性及热力学性能的影响规律.结果表明,提高气化反应温度和S/B将在一定程度上降低气化合成气的热值和气化效率,其主要原因是反应过程的热能消耗同步增加,即更多的原料化学能被释放出来.相对于煤单独气化过程,掺混一定比例的生物质会降低气化效率,但有利于提高合成气的热值,降低污染物的排放量.     

秸秆类生物质加压气化特性研究

采用热重分析与气相色谱分析(TG-GC)相结合的方法,开展了水蒸气气氛下生物质(麦秸)加压气化特性研究,探讨压力对反应动力学特性与气化产物的影响。实验结果表明生物质常压气化与加压气化特性有显著差异;加压条件下,麦秸的气化反应过程受化学反应动力学和扩散作用控制。麦秸水蒸气气氛下的热解阶段可视为一级反应,半焦气化阶段视为缩核反应;加压下热解、气化的表观活化能和频率因子均随反应压力的提高而增加。水蒸气对生物质热解气化具有活化作用,相比N2气下麦秸的表观活化能降低。此外,生物质水蒸气气化产物中H2浓度最大,达到50%以上,表明水蒸气是生物质气化制氢适宜的气化介质;随着气化压力的提高,CO2和CH4浓度增加,而CO浓度降低。     

A comprehensive economic analysis of biomass gasification systems

This paper presents a comprehensive economic analysis of biomass gasification systems. There has recently been interest in promoting biomass energy systems in Japan's domestic sector. However, there are problems in achieving this project. The costs of plant construction are very high compared with conventional plants. Accordingly, the unit costs of electricity will be increased to levels comparable with those of other environmental energy systems. Copyright © 2004 Wiley Periodicals, Inc. In this paper, biomass energy systems using woody biomass are proposed from the viewpoint of successful environmental business. Biomass integrated gasification combined cycle (BIGCC) plants operated by independent power producers and biomass gasification cogeneration (BGCGS) plants in sawmills or asphalt‐concrete production factories have the potential for implementation in the near future. Our analysis concludes that the systems proposed in this paper provide the following outcomes with subsidies: (1) the generating cost of BIGCC ranges from 15.1 to 36.6 yen/kWh, (2) the generating cost of BGCGS ranges from 2.6 to 32.2 yen/kWh, and (3) the cost reduction of BGCGS products in asphalt factories amounts to about 60 million yen per year. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 153(3): 52–63, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20089     

生物质气化装置气化特性及气化装置对燃煤机组影响试验

结合实际生产过程,在某10 MW生物质气化装置耦合600 MW燃煤机组上进行试验。本试验采用实际生产常用100%稻壳、50%稻壳+50%秸秆2种燃料模式。研究发现:在额定负荷下,生物质气化装置产生气体组分和热值稳定的生物质燃气;在气化装置75%~110%负荷下,生物质燃气热值随负荷增加而增加;保持燃煤机组600 MW负荷不变,投用生物质气化装置后,燃煤机组NOx产生量减少,污染物SO2、NOx排放在环保标准内,高温再热器出口汽温偏差大,减少标煤量3 300 kg/h,厂用电率降低0.02%。生物质气化耦合发电系统具有高效、环保、节能的优点,不仅可以高效利用生物质资源,还适用现代火电企业高质量发展和低碳化需求。     

生物质高温空气气化的分析与探讨

简述了生物质高温空气气化的工作原理 ,对气化的两个阶段进行了详细探讨 ,就气化参数对生物质高温空气的影响进行了深入分析 ,结果发现 :随蒸汽消耗率的增加气化温度降低 ,而气化所得的煤气热值增大 ;气化温度随氮碳比的增大而升高 ,而气化所得的煤气热值却随氮碳比的增加而降低 ;煤气热值随气化温度的增加而增大 ,但是增加量不大     

生物质气化燃料电池联产系统的模型研究

提出了一种生物质气化结合燃料电池发电装置的热电联产系统,并采用化学元素平衡法对该系统进行数学建模,分析了该系统的整体性能、各环节的状态参数以及能流分配。计算结果显示:采用生物质气化燃料电池联产系统,能量利用效率明显高于传统的生物质气化发电系统。进一步对该系统参数进行放大预测,为燃料电池在我国的分散化、小型化以及模块化应用模式提供了有益的参考。     

木块气化过程建模及控制参数的优化

综合分析生物质木块气化过程的特点,并考虑气化温度和气化剂当量比对气化气体热值、气化效率及产气率的影响,基于最小二乘支持向量机,建立了木块气化过程模型.在此基础上,提出了一种控制参数与气化性能指标间的多目标优化目标函数,对控制参数目标值做了寻优计算.经仿真验证表明,该寻优计算方法满足了工程需求,实现了气化过程优化控制.     

生物质湿颗粒干燥特性实验与模拟研究

生物质作为一种新型的绿色清洁可再生燃料,常常因为水分含量过高而大大降低利用效 率。本文采用实验与数值模拟相结合的方法,对细丝状生物质颗粒在旋转滚筒内干燥预处理过程展开研究,分析了滚筒倾角、气流温度和气流速度对生物质能量传递和水分迁移过程的影响规律。结果表明:气流速度对颗粒与气流之间的对流换热量影响较大,流速增加强化了颗粒与气流之间的对流换热和水分蒸发过程,降低颗粒与滚筒热内壁面之间导热换热量的比重;滚筒倾角在3.5°~4.5°的范围内,颗粒出口温度和含水率均随滚筒倾角的增加而增加;提高气流入口温度,能够增加促进颗粒与气流之间的对流换热和颗粒表面水分汽化速度,使得颗粒在出口处的温度升高,含水率降低。     

锂电池负极极片涂层干燥过程仿真分析

基于锂电池负极极片涂层干燥机理,建立了描述极片干燥过程的数学模型。利用数值模拟软件对干燥过程进行了仿真,分析了风温和风速对极片涂层干燥特性的影响,获得了干燥箱内流场特性和极片涂层温度分布特性。结果表明:极片涂层的干燥具有增速、恒速和降速阶段;增加风速与风温均可提高极片涂层的干燥速率,而提高风温对干燥速率的影响更大;在特定条件下,风温自70℃每提高10℃,干燥用时减少约20%;风速自1.5 m/s每提高0.5 m/s,干燥用时减少约14%。进行了相同干燥条件下的干燥实验,验证了数学模型的准确性,并确立了适用条件。     

电力系统过程网络CAN总线实时性仿真与分析

CAN总线在电力系统过程网络取得广泛应用,总线的实时性是衡量网络性能的重要指标。对CAN总线传输时延进行分析,指出影响CAN总线端到端时延的主要因素。根据CAN总线非破坏逐位仲裁的特点,基于OPNET软件使用队列模型对CAN总线数据传输进行建模仿真,以一个电站过程网络为对象,得到了考虑位填充和不同网络速率情况下数据帧的最大时延和网络平均负载流量,验证了模型的正确性。针对CAN总线强制优先级导致低优先级数据传输时延过大的缺点,使用分类动态优先级方法,在保证不同类别数据实时传输的同时,保证同一类别数据传输的公平性,提高网络的利用率。结果表明,该仿真模型基本反映了CAN传输时延特点。     

复合串行气化工艺半经验动力学模型研究

研究了一种煤与固体废弃物复合串行气化工艺。以木屑为例,通过利用实测的气化炉分区温度结合流体动力学和气化反应动力学,建立了复合串行气化工艺的半经验动力学模型,并研究了气化温度、水蒸气与固体废弃物质量比（S/M）和固体废弃物与煤质量比（M/C）等关键参数对气化规律的影响。结果表明：该气化工艺采用水蒸气气化,无需外部热源,可生产中热值合成气;提高气化温度对气化结果有利,最佳气化温度为1 010℃,最佳S/M为1.4;气化工艺中应尽可能提高M/C值,本模型最佳M/C值为4.0。研究结果可为复合串行气化工艺的运行和优化提供参考和理论依据。