生物质气化及气化炉的研究进展

生物质气化是生物质能源应用领域研究的热门。该文对生物质气化原理、国内外气化及其装置研究现状、发展前景进行了阐述,同时提出了进行进一步气化研究的建议。     

生物质气化炉智能控制系统

针对生物质气化过程具有的非线性、不稳定性、大时滞和强干扰等特点,提出了一种生物质气化炉的智能控制方法控制方法,包括温度控制环和可燃气体含氧量控制环的生物质气化炉双闭环智能集成控制方法。温度控制环采用主、副控制结构:主控制器采用基于BP神经网络模型,建立温度的BP神经网络模型;副控制器根据温度预测结果实现跟随控制。可燃气体含氧量控制环引入温度和含氧量两个反馈,主控制器采用模糊免疫PID控制,推算最优鼓风机转速;副控制器实现对鼓风机速度进行跟随控制。仿真结果表明了该方法的有效性和优越性。     

下吸式生物质气化炉的设计

介绍了下吸式生物质气化炉的工作原理、特点、以及主要结构尺寸的设计要点。     

小型生物质气化炉HEGF-2的设计及实验研究

针对目前小型生物质气化炉结构存在的缺陷,设计了一种小型生物质气化炉,并以其为研究对象,自行搭建了实验台,进行了实验研究。实验中,通过改变气化剂空气流量,分析了气化剂空气流量对气化炉性能的影响,并通过改变燃气配风量得到了配风量对气化炉烟气排放的影响。实验结果表明,HEGF-2型生物质气化炉具有结构简单、成本低、运行稳定、换热充分、产气品质和热值高、节能环保等优点。     

户用型上吸式生物质气化炉的改进设计

在分析现有户用型上吸式生物质气化炉优缺点的基础上,针对目前气化炉普遍存在的产气可燃成分含量低,焦油及灰尘含量高,燃气热值不高等缺点,对供风系统进行了改进设计,并增加了一套水蒸汽介质循环反应系统;同时,设计了结构简单、方便实用的小型净化装置,最大程度实现了产气过程中降焦除尘。     

用于双燃料发动机的移动层下吸式生物质气化炉及净化器系统

介绍一种小型固定床移动层下吸式生物质气化炉及净化器系统的设计与试验情况，系统主要以我国水稻产区废弃的谷壳为为燃料产生可燃气，燃料消耗量为８．３ｋｇ／ｈ，气化效率为５２．６％。净化后的可燃气用于由Ｓ１９５型柴油机改装的双燃料发动机，可节约８５％以上的柴油。双燃料发动机的最大负荷可达原发动机标定工况的７０％左右。     

内燃加热式生物质气化炉设

根据生物质气化原理,针对目前气化炉产气热值低和存在焦油的问题,设计了一种内燃加热式气化炉.内燃加热式气化炉优于已有的固定床气化炉、流化床气化炉;类似于下吸式固定床气化炉,热解气中焦油含量低;设置以热解气为燃料的内加热系统,减少了空气入炉量,提高了热解气热值.内燃加热式气化炉是将生物质气化与焦油的催化裂解集于一体,不需要再为催化裂解提供热源.     

基于信息熵的生物质气化炉预测

针对生物质气化过程的复杂特性,提出一种基于信息熵的生物质气化炉温度预测方法。首先,该模型利用灰色过程神经网络模型及预测模型对生物质气化炉的温度分别进行预测,通过使用信息熵法确定预测子模型的加权系数;然后把两个子模型进行加权集成,从而得到更加准确的炉温预测模型,确保了生物质气化炉温度的稳定控制。仿真效果表明了该方法的有效性。     

梯度链条式生物质气化炉数值模拟

梯度链条式生物质气化炉按照气化规律从空间上将生物质气化过程分为4个阶段,可实现对各气化阶段气化条件进行控制。为此,对梯度链条式生物质气化炉进行数值模拟,通过改变ER,计算出不同ER下床层顶部各组分的温度和浓度分布及炉膛气相的气化特性。模拟结果显示:气化合成气出口温度622.24℃;气化合成气中CO为13.81%、CH4为3.26%、C2H4为0.601%、C2H6为0.002%、CnHm为10.936%、H2为3.82%;碳转化效率为75.1%,低位热值为5 501k J/Nm3,气化效率为57.56%。该气化效果比下吸式固定床气化炉、固定床气化炉及鼓泡床气化炉空气气化效果好。     

热管式生物质气化炉中水蒸气汽化试验研究

以木屑为原料在热管式生物质气化炉中进行了水蒸气汽化试验研究,分析了热管对床层温度分布的影响,研究了温度对产气成分、热值及产物分布的影响.试验结果表明,热管式生物质气化炉的床层温度分布基本均匀;随着床层温度从650℃升高到900℃,H2的体积分数逐渐增加,平均含量在60%以上,CH4含量减少,CO含量基本不变,CO2含量略有减少;汽化产物中气体产率逐渐增加,固体和液体产率减少.     

生物质流化床气化中试实验研究

在生物质流化床气化中试装置上考察了不同原料、当量比和水蒸气配比工况下的温度分布、燃气特性和稳定性等气化特性。结果表明:木屑、稻壳和2种颗粒燃料的气化气体体积分数范围为:H227.1%~30.4%、CO 29.7%~32.6%、CO225.3%~27.9%和CH44.9%~5.8%;使用木屑和稻壳为原料可比颗粒燃料获得较均匀的气化温度分布,增加当量比和水蒸气配比可使流化床温度分布更均匀;在气化炉密相区,随气化炉高度增加,H2和CO体积分数升高,CO2和O2体积分数降低;在稀相区气体组分含量随高度变化平缓;改变气化介质、当量比、水蒸气配比和二次风配比可显著影响气化气体焦油含量;木屑水分的提高会降低气化稳定性,稻壳气化过程中易出现炉底温度骤升现象,颗粒燃料气化过程中易导致密相区温差和压差持续升高。     

下吸式固定床生物质气化温度场和组分场分布特性

首先采用多维数值模拟方法解析了下吸式固定床反应器生物质气化反应的发展过程,并通过主动配气下吸式固定床的气化试验结果验证了该数值解析方法的可行性。在此基础上,解析了气化过程中炉内温度场和组分场的分布特性。结果表明,空气当量比RER是影响下吸式固定床气化过程气化特性的重要因素,并且对于炉内温度场分布和气化产气组分场的最优取值范围为0.24～0.28。     

多体式秸秆生物质气化炉的设计

生物质能是一种清洁、可再生的能源,秸秆生物质能的开发、应用具有广阔前景,而气化燃烧是秸秆生物质能利用的一种形式。针对小型家用生物质气化炉在使用中存在气化气中焦油、灰分含量多,物料连续添加工艺复杂,而物料间断供给使用不便等问题,提出一种多体式秸秆生物质气化炉的设计。通过3个气化燃烧炉体且内炉体可拆卸,空气气化剂预热、均布供给,焦油及灰尘杂质二级净化处置等结构设计,可使得生物质物料装填工况满足家用炊事需求、保证气化反应工艺要求、有效去除气化气中焦油及灰尘杂质。多体式秸秆生物质气化炉的使用推广,可实现对秸秆生物质能源有效利用,也有助于解决秸秆生物质资源浪费及污染问题。     

下吸式气化炉木屑高温蒸汽气化制取富H2实验

设计了生物质高温蒸汽气化实验平台,主反应器为高温蒸汽发生系统和带有喉口的下吸式气化炉。利用该实验平台对木屑进行高温蒸汽气化研究,气化过程通入的蒸汽温度控制在600~1 000℃。实验结果表明:高温蒸汽既是气化过程的气化剂又是部分热载体,能有效提高气化效率,并维持炉内温度场的稳定。实验条件下,气化气可燃组分体积分数达到77%以上,当蒸汽温度为(948±4)℃时,气化气中H2体积分数达到(51.83±0.12)%,气体热值为9.81 MJ/m3,H2/CO组分比达到2.17,气化气可持续稳定燃烧,气化性能较为理想。     

上吸式生物质汽化炉的建模和模拟

在生物质热解规律研究的基础上,建立了上吸式生物质汽化炉的数学模型.该模型充分考虑了炉内主要的物理和化学反应过程及其交互作用.通过对汽化炉内生物质高温分解、燃烧、还原和干燥等汽化过程进行模拟计算,得出炉层高度对燃气成分和炉内混合物温度的影响规律,为模型的进一步优化提供了理论依据.     

林木废弃物固定床气化试验研究

以生物质气化理论为依据,设计了一套小型下吸式气化系统,以大粒径的林木废弃物为原料进行气化试验研究。通过调节空气的流量,研究了当量比对产气组成、气体热值、气化效率、气体产量和木炭产量的影响。结果表明：大粒径的林木废弃物在气化炉内气化稳定,能产出优质的燃气及木炭;空气当量比存在一个最优值0．30。此时,气体组成如下：CO为21．6％,H2为11．3％,CH4为2．74％,C02为12．0％,02为1．44％,N2为51．0％,气体热值为4913kJ／m^3,气化效率为62．1％,产气量为112m^3／h,木炭产量为15．6kg。     

户用生物质气化炉焦油净化技术研究

比较了生物质集中供气技术与户用生物质气化技术。通过炉型分析,提出了上吸式生物质气化炉是农村户用气化炉型的理想选择;同时,分析了目前户用生物质气化炉存在的问题,认为催化裂解是户用气化炉焦油净化的有效途径。在分析小型气化炉焦油净化技术的基础上,开发了一种设置二次催化裂解与分离回收装置的新型气化炉。该炉能利用燃气显热,有效回收液态焦油和冷凝水,具有焦油裂解转化效果好、气化炉效率和燃气热值提高等优点。