生物质蒸汽流化床性能的建模和实验.doc

生物质蒸汽流化床性能的建模和实验 摘要 本文介绍了不同生物质蒸汽在流化床燃气炉被用作煤气化剂和硫化剂的性能调查。制造一个研究米糠气化的性能装置，这跟中国和印度等一些粮食生产过有特殊的关联。部署了一个平衡的建模方法，用来预测已经跟实验结果作了比较的气体成分。为了获取跟实验标准跟接近的结果，有必要对模型的建模系数进行适当的校正。此外，用该模型来预测生物质气体的成分以及煤的基准性能。在本次研究中，气化温度为650℃到800℃，然而生物质蒸汽的比率(S/B)为0.75到2.00.随着气化温度的升高，H2和CO的产量也随之增加，然而CH4 和CO2的总量却下降。再次发现，生物质蒸汽的比率影响到总的产率。随着蒸汽的输入，H2、CO2和CH4的产量增加，而CO的产量减少。 1.概述 在一些大型工业中心，空气污染形势非常严峻，这威胁到公众的生命健康，恶化生态环境以及破坏旅游景点。令人担忧的生命质量的恶化使随着工业发展来逐渐提高的生活标准变得收效甚微。这个问题已变得如此严重，在过去的25年里，所有工业化国家和发展中国家都颁布了日益严厉的法律，限制了诸如热发电站，工业锅炉，工业厂房以及汽车和飞机的污染物排放标准。 因此，保护石油的限量供应、气候变化以及对全球气候变暖的日趋关注激发了人们探寻新能源特别是可再生能源的动力。氢能源是一种非常清洁的可替代碳氢化合物的燃料。从生物质气体中提取氢也许是对生物质利用的一个更有小的方法。它不会向大气中排放增加二氧化碳的排放，因为当它被消耗时能吸收等同与它释放出去的碳。 在气化炉中，由于方方面面的好处，包括高效传热、统一和可控制的温度、有利的气固联系等，流化床技术得到了广泛的利用[1]。一向实验研究已经被Miccio et al.实施[2]。生物质气体的提取是在流化床的气泡中，并展示了碳微粒的产生和转换。最大量快速转换碳的70%是从自由空间获取的，即使操作条件不是很顺利。Ocampo et al. [3]研究了哥伦比亚煤在流化床气化炉中的气化。对流化床的温度以及煤和空气的比率跟气体成分的关系也作了实验研究。Corella et al. [4,5]提供了一维建模和大气循环生物质流化床气化炉的结果。对在能源气体组成轴的侧面、气体的产量和焦油容量做了展示。Petersen和Werther [6]对循环流化床气化残留的沉淀物作了调查。研究了气体成分中空气的温度和比率对生物质气化效率的影响。发现空气比率是影响生物质气化的最主要因素。 许多研究论文发表在了《气化平衡模型》上。一些模型是基于吉布斯自由能，利用拉格朗日倍乘方式，另外一些模型是基于平衡常数，然而两部分在概念上是相似的，又不同于Lietal. [7,8]对在生物质气化 循环硫化床的实验性结果和基于自由能量最小化技术的平衡模型的发展。对气体成分中空气的温度和比率的影响作了调查。表明，平衡模型给出了对气体组成的良好预测。Jayahetal. [9]开发了一个平衡模型，用来研究一个斯里兰卡NERD中心设计向下通风的气化炉的性能。首先对模型作了校准，然后用来调查芯片尺寸的影响、湿度、入口出空气温度和转换效率。Pellegrini [10]提供了一个基于化学平衡的气化过程模型。一个参数研究也被展开，来观察气化温度、空气温度和湿度等许多因素的影响。紧随其后，为了评估不可逆过程的进展，对过程中的也做了分析。Zainaletal. [11]也执行了气化过程的平衡模型的研究，来预测能远气体的成分。对木材中初始湿度容量的效应和热值温度也作了调查。Mountourisetal. [12]也开展了对基于原谅平衡和平衡常数的平衡模型的研究。这个模型用来预测综合气体产量和能量和的运算。 从这些文献中观察，生物质气化也许能利用现成的空气、氧气来开展。用空气时，产热值低 (4–7MJ/Nm3)，而用氧气时产热值高达10–18MJ/Nm3[13]。之所以氧气没有得到广泛采纳是因为氧气生产成本高。最近，生物质气化技术在很多领域引起了人们的兴趣，因为生物质气化能产生高含量的H2.此外，气化过程能带来以下一些好处[14]：能最大限度的产生更高的热量以及有效的节约时间。 2.实验调查 为了进一步研究生物质蒸汽流化床，设立了一个流化床气化炉实验室。实验设备为直径50mm，长度1200mm底部分布着金属片的内置气化炉管。气化炉的实验原理图如所示。在目前的研究中，能源为米糠。世界上种植水稻的国家多达75个，其中印度的米糠总产量大约为22万吨每年[15]。因此，米糠成为中国和印度等一些国家的自然而然的选择。不同生物质最终和最近的分析如Table1所示。用水蒸气作为流化剂和气化剂，促进生产气体中氢气的百分比。用沙子作为床的物料，尺寸从0.3至0.5不等。将反应物至于电熔炉中，给气化过程供热。 炉中气化