生物質(zhì)氣化與燃氣輪機燃燒集成發(fā)電實驗與模擬研究.pdf

1、由于化石能源的減少和環(huán)境問題的嚴重,生物質(zhì)能作為清潔的、可再生資源,在全球資源戰(zhàn)略中日益受到重視。生物質(zhì)氣化是主要的生物質(zhì)利用技術(shù)之一,目標是得到高品質(zhì)燃氣,這些高品質(zhì)燃氣可用于后續(xù)的供氣供暖、發(fā)電乃至合成氣。生物質(zhì)氣化與燃氣輪機燃燒聯(lián)合發(fā)電技術(shù)作為一個系統(tǒng)來考慮,可提高生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)能效及環(huán)境性能。基于此背景,本文在高等學(xué)校博士學(xué)科點科研基金“生物質(zhì)氣化與燃氣輪機燃燒集成發(fā)電的機理性研究”(No:20090032110036)的資助下

2、,開展了相關(guān)研究。
　　本文綜述了國內(nèi)外生物質(zhì)氣化發(fā)電的現(xiàn)狀,對氣化發(fā)電技術(shù)、直接燃燒發(fā)電技術(shù)、混合燃燒發(fā)電技術(shù)進行了評述,詳細講述了生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)的流程及原理。
　　在流化床實驗臺上,開展了生物質(zhì)氣化實驗研究與分析,重點研究操作條件(氣化溫度、當(dāng)量比)和催化劑對生物質(zhì)氣化的影響。研究表明:當(dāng)氣化溫度升高,產(chǎn)品氣中可燃氣體體積分數(shù)增加,CO2含量有所下降,燃氣熱值增加;隨著當(dāng)量比的增加,H2、CO和CH4主要可燃氣體含量

3、下降,CO2氣體含量增加;同一溫度加入催化劑后下,隨著CaO配比從0到20％不斷增加,氣體產(chǎn)物各成分含量變化較大。H2的含量增加顯著,CO的含量有所增加,CO2含量下降,CH4含量也緩慢有所增加。
　　焦油在生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)中有一定的副面影響,為了使系統(tǒng)穩(wěn)定運行、提高氣化效率,本論文研究了焦油的相關(guān)理化性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)焦油成分中苯酚及其衍生物、萘及其衍生物、大分子芳香族化合物,包含了酚、萘等多環(huán)芳烴和呋喃等化合物,碳原子

4、數(shù)在7~20之間。采用Coats-Redfern法分析生物質(zhì)焦油熱解過程表觀動力學(xué),求取了不同升溫速率下的表觀活化能E和指前因子A。研究發(fā)現(xiàn),把焦油的主要失重分為揮發(fā)分析出和熱解兩個階段。在揮發(fā)分析出階段,升溫速率對焦油的活化能基本沒有顯著影響,熱解階段的活化能E低于揮發(fā)段的活化能,說明高溫更有利于焦油熱解。
　　基于ASPENPLUS平臺分別搭建了生物質(zhì)氣化-凈化模型和燃氣輪機系統(tǒng)模塊,介紹了物性方程,選擇適合各模塊的物性模型和