燃用生物质气化气的内燃机特性分析

生物质气化气的组分对内燃机的排气温度、最大爆发压力、有效热效率和尾气排放都具有重要影响.各种气体成分的燃烧速率以及其中的阻燃成分都直接影响气缸内混合气的燃烧,同时影响内燃机的尾气排放.分析发现内燃机的排气温度过高、爆发压力偏低、能耗偏高的主要原因是由于生物质气化气热值低、燃烧速度慢:通过对尾气排放的测试分析发现,混合气的完全燃烧可以降低碳烟、CO和HC的排放,降低燃烧温度可以降低Nox的生成率.     

生物质流化床气化与结渣特性中试试验

为优化生物质流化床气化工艺,该研究在中试规模流化床实验台上进行了成型树皮和成型秸秆的空气气化试验,研究了空气当量比、气化温度与送风温度对成型树皮和成型玉米秸秆气化特性的影响,同时采用电子探针显微分析仪与X射线光谱分析仪对气化过程中结渣的微观结构与成分进行了分析。结果表明：气化效果随着空气当量比增大先升后降,空气当量比较佳值在0.24左右,此工况下树皮与秸秆合成气热值分别为5.66和3.92 MJ/m3,气化效率分别为59.62%与33.92%;气化温度增加促进气化效果提升,气化温度从700 ℃升高至800 ℃,树皮合成气热值与气化效率分别提升了1.01 MJ/m3与14.28%;一次风温度的提升对气化效果无显著影响（P>0.05）,但明显提升了炉膛底部温度,容易导致结渣,不利于设备稳定运行。2种生物质都有明显结渣现象,其表面呈现熔融玻璃状。结渣主要由KAl(SiO3)、K2MgSi5O12等复杂化合物与SiO2组成。导致结渣的原因主要是生物质中K、Mg等碱金属元素在床料中富集,与石英砂床料反应形成低熔点熔融盐;树皮含有较多Ca,气化中形成高熔点的CaSO4进而抑制结渣,而秸秆成灰率高,含有较多的K,导致结渣更为严重。     

生物质气化烤烟系统设计及节能与品质改善效果分析

针对传统间接换热式烤房存在的能源利用效率低，烤烟质量不易保证的问题，研究设计了一套以生物质燃气为能源，采用间接换热与直接换热相结合的方法进行烘烤的烤烟设备，通过这种改进，不但使烤烟房的效率有了较大幅度提高，而且由于直接换热过程中烟气所携带的CO₂有助于提高烤烟的质量，加之温湿度自动控制系统的采用，使得烤烟质量得以保证。实验表明该系统节能及品质改善效果都较传统间接换热式烤房有显著提高，系统热效率达58.3%，烟叶质量较对照传统烤房提高了1个等级。     

锥形流化床生物质气化技术和工程

利用生物质气化发电、生物质气化供气、生物质气化供热等技术,可以将各种生物质能转化成为高品位气体燃料、电力或蒸汽,是生物质高效转化利用的主要途径。流化床气化是生物质热化学转化的主要研究技术之一。本文主要论述了利用锥形流态化气化炉,对不同生物质原料,进行气化的工程化应用试验研究。应用锥形流化床气化技术,在江苏省和安徽省等地,建立了生物质气化供气、供热和小规模发电(400 kW)等三个不同用能形式的工程。并且从拟建立的6MW生物质热解气化发电的计算结果来看:生物质原料价格达250元/t以上,生物质单纯发电,经济上不可行;如果应用热电联供,并且利用热解气化的固体炭产品,则能够产生较好的经济效益。     

生物质气化站玉米芯飞灰的特性及其综合利用

作为玉米生产加工过程的农业废弃物,玉米芯的产量巨大,生物质气化工业利用玉米芯原料制备生物质燃气的过程中将产生大量的玉米芯灰。为了全面认识这些废弃玉米芯灰的灰特性及可能的应用,通过激光粒度分析、X射线荧光(X-ray fluorescence,XRF)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、热重和差热分析(thermal gravimetric and differential thermal analysis,TG-DTA)、扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)、能谱分析(energy dispersive X-ray,EDX)等方法对其进行深入研究。结果表明:玉米芯灰的粒度较小且分布不均,平均粒径为12.96μm;灰的元素组成中K和Si所占的比重最大;富含K、Ca、S和Cl等元素使玉米芯灰可用作土壤改良剂,而且灰中大量的Si O2和Al2O3使其可以用来制备抗压强度较高的水泥混凝土;灰中存在多种含钾元素的KHCO3、KAl Si O4、KAl Si2O6、KCl和K2SO4等结晶相矿物成分;灰粒的形状极不规则,树枝状的团聚灰渣具有丰富的空隙,易逐级吸附小颗粒,灰粒表面存在大量弱粘结的絮状物,断面多为孔状结构;熔融灰粒表面存在富钾现象,且多以KCl形式存在;飞灰的热解具有分段机制,加热到1 200℃时,其总失重和最大失重速率均随着氧气浓度的升高而增加;氮气中620℃的吸热峰是由KCl熔融吸热所致,而有氧气氛中在630℃处的放热峰则是未燃尽的残碳继续燃烧或有机物分解放热所致。     

农村生物质气化燃气分散供暖经济和环境效益分析

为了充分利用农业废弃物资源,改善北方农村冬季供暖条件,该文对生物质气化燃气分散式供暖技术进行了经济和环境效益分析,探讨其在农村供暖中的可行性。生物质气化分散式供暖具有节约能源、减少大气污染、温度调节方便等优点。通过借鉴天然气分散式供暖的研究成果和对生物质气分散式供暖进行分析,结果表明采取分段式控温、分房间控温和建筑物节能改造等手段可将供暖费用降到合理水平,基本与城市供暖费用相同。通过该文分析可知生物质气化燃气分散式供暖可以作为农村供暖的一种新模式。     

考虑焦油的生物质气化过程热力学模型

在生物质气化过程中焦油是不利产物,由于焦油成分的复杂性,传统生物质气化热力学模型均未考虑焦油。为了研究操作运行条件对燃气成分、焦油等影响,本文引入焦油模型化合物,考虑系统散热和碳不完全转化等因素影响,基于物质平衡、能量平衡和化学反应平衡建立了考虑焦油的生物质气化过程热力学模型。使用Newton-Raphson方法对模型进行了求解。利用文献数据验证了模型的有效性。最后,利用所建模型计算了空气预热温度、空气当量比、水蒸汽添加率等操作条件对燃气成分、焦油含量等指标的影响。结果表明,空气预热温度提高,焦油含量下降,气体热值提高;空气当量比从0.2提高到0.3,焦油含量降低,燃气中有效成分减少;水蒸汽添加率从0增加到10%,焦油含量下降,气化效率提高。研究结果可为生物质能低焦清洁利用提供参考。     

生物质气化燃气和沼气分散供热经济与环境效益分析

随着中国新农村建设的推进和供热事业的迅速发展,高效清洁供热在中国农村引起关注。该文以天津市小塔沽村为供暖对象,对其进行热负荷估算,并采用方案比较法,针对农村2种新能源燃气(生物质气化燃气和户用沼气)分散供热的经济效益(投资、运行费用、投资回收期)和温室气体减排进行对比分析。研究结果发现户用沼气分散供热初投资高于生物质气化燃气分散供热,前者为后者的1.86倍;户用沼气运行费用也略高于生物质气化燃气,但生物质气化燃气分散供热后期管理要优于户用沼气分散供热,另外,户用沼气存在副产物经济效益,每年可高达29.9万元。2种供热方式温室气体减排效益接近,CO2的减排量都为561.18 t/a,CH4减排量约为1 300~2 200 kg/a。整体而言,生物质气化燃气分散供热优于户用沼气分散供热经济性。特别针对农村的管理水平落后,生物质气化燃气分散供热的优点更加突出。所以类似天津郊区这样的农村地区,供暖期需要大量燃气的农村宜采用生物质气化燃气分散供热方式。该文可从经济、环境角度为农村类似情况燃料及供热方式选择提供参考。     

适宜增压流化床操作参数提高生物质热气化气合成甲烷效率

生物质热化学气化制取甲烷是人工获取代用天然气的重要方式之一,其中生物质热气化气合成甲烷是该技术的关键步骤之一。在自行设计的增压流化床反应系统上,开展生物质气化气合成甲烷的试验,分别研究了反应温度、反应压力、空速和氢碳比对甲烷生成速率和CO转化率的影响。结果表明,在增压流化床反应器上可高效的合成甲烷,最大甲烷生成速率超过3.2 mol/(L·h),CO转化率超过80%。提高反应温度有利于甲烷生成速率和CO转化率的提高,且当反应温度在350℃左右时达到最大值;反应压力对甲烷化过程有很大影响,提高反应压力有利于甲烷化过程;随着空速的增大,甲烷生成速率增加,但是CO转化率会下降;而甲烷生成速率和CO转化率则随着氢碳比的增大而增大。为获得较高的甲烷生成速率和CO转化率,适宜的反应温度在350℃左右,空速在10 000 h-1,氢碳比在3附近,反应压力可取在0.3 MPa左右。该研究结果将为进一步研究生物质热化学气化制取甲烷奠定基础。     

赤铁矿用于生物质化学链气化氧载体的反应性能

在鼓泡流化床反应器上以Ar气为流化介质,研究了反应温度、时间对天然铁矿石氧载体的化学反应特性的影响,并对其物理性质进行了表征。试验表明,氧载体与生物质热解产物的反应性随着温度的升高而逐渐增强,气化产物中H2、CO的含量随着温度的升高而逐渐增加,CH4、CO2的含量随着温度的升高而逐渐降低;随着反应时间的增加,氧载体活性逐渐下降,合成气中热解气含量逐渐升高。铁矿石热重试验表明,在惰性氛围下(Ar),氧载体不会释放晶格氧。利用X射线衍射、扫描电子显微镜分析了反应前后氧载体颗粒的化学成分及微观形貌,分析表明,Fe2O3的还原产物主要是FeO,天然铁矿石氧载体随着温度的增加,其颗粒表面的结焦现象越明显。试验结果表明将天然铁矿石用于生物质化学链气化过程是可行的。     

生物质焦的水蒸气汽化动力学研究

生物质气化包括生物质的热解及随后的生物质焦的水蒸汽气化过程。为了给生物质气化反应器的设计提供基础数据,利用热天平试验装置对1?273?K制备的生物质焦行了水蒸汽气化反应性试验,研究了气化温度对气化反应性、平均比气化速率、反应速率等的影响。并且利用均相模型和缩芯模型拟合试验数据求得了相应的动力学参数。得出结论：随着温度的增加,焦炭气化反应性增加,平均比气化速率增加。由均相模型所算得活化能为181.24 kJ/mol,指前因子为5.19×105 min-1,缩芯模型所算得活化能为192.87 kJ/ mol,指前因子为1.60×106 min-1。在转化率为10%～75%范围内,均相模型和缩芯模型均可以很好的描述生物质焦的水蒸汽气化行为,但是缩芯模型比均相模型的拟合效果要好。     

生物质燃气焦油产率及其净化

生物质气化技术是目前农村清洁用能的新型技术,但在应用中存在着燃气焦油灰分含量高,焦油味重,严重时堵塞管路等问题。该文以农村常用的下吸式生物质气化炉为核心,研究气化过程中焦油灰分的产出特性,并对出口燃气采用湿式喷淋装置和干式过滤装置相结合的联合过滤方法对燃气净化。试验表明,还原区温度对焦油和灰分含量有显著影响,高温可抑制焦油灰分产出（温度在650℃以上,1 m3燃气中,出口焦油灰分维持在2000 mg）。经过联合过滤后,焦油脱除效率达到99.5%以上,1 m3燃气中,燃气中焦油灰分维持在10 mg以内,达到     

粮食干燥传递和转换特征及其理论表达

干燥是不同物系间多场协同作用的复合系统,期间发生的?传递和转换特征尚未揭示,工程应用存在不同场间的耦合关系及其作用效果定量表达的理论空缺。为此,该文基于?分析法,解析粮食与干燥介质间的?传递和转换特征,给出热?、流动?,扩散?及其?效率定量评价理论表达式,基于焓-含湿量状态参数图,分析干燥系统状态参数间的内在联系及相互制约关系。研究结果表明,干燥是热?、扩散?和流动?同时作用的结果,热?是水分汽化必须的有用能;扩散?源于粮食中多余的水分,扩散?效率取决于水蒸气的状态,在扩散过程中,温度场和压力场同时存在,温度梯度与水蒸汽压差方向相反时,强化?效率,一致时则弱化?效率;流动?维持了热?和扩散?传递所需的势差,没有流动?的存在和消耗,热?和湿?的传递则不能有效进行;在通风干燥系统中,含湿粮食和干燥介质是两种不同物系,两种物系之间存在的不平衡势是干燥?传递和转换的动力;干燥可以归结为含湿粮食趋向系统介质状态点的?传递和转换的过程;指出了?及?效率都是状态函数,在工程应用时,引入时间坐标,依据环境状态参数和粮食在特定系统中的状态变化特性,可以揭示出?流密度及其?效率变化特征,进而对其能量利用效果做出评价;通过系统的?理论表达及其?效率分析,可以清晰地呈现干燥系统最大?损部位及环节,为评价干燥系统能量利用水平提供了科学的依据,为干燥工艺系统优化指明了能量合理利用的技术途径。     

基于热解-重整-燃烧解耦三床气化系统的生物质催化制富氢气体

生物质催化气化是将生物质转换成富氢气体的有效途径。该研究提出了一种由热解反应器、重整反应器和提升管燃烧器三部分构成的解耦三床生物质气化(decoupled triple bed gasification,DTBG)工艺。在实验室规模的DTBG气化反应装置上,以水蒸气为气化剂,以橄榄石为原位焦油裂解催化床料,进行了生物质水蒸气催化气化试验,考察了生物质种类、重整器温度、生物质进料速率对气化效果的影响规律,并且对气化副产物焦油的特性进行了分析。试验结果表明,生物质原料的挥发分对气化产物分布的影响很大,原料挥发分含量越高,气体产率越高,碳转化率越高,气体中的H2和CO体积分数越大、CO2体积分数越低。当重整器温度由750升高到850℃时,气体产率从0.91增加到1.08 m3/kg,焦油质量浓度从19.1降低到7.3 g/m3,同时气体品质大幅度提升。随着生物质进料速率的增加,产气中H2体积分数大幅度增加,CO2体积分数大幅度降低,但是焦油质量浓度基本不变。当重整器温度为800℃,白松木屑进料速率为220 g/h时,H2和CO体积分数分别达到了42.2%和14.6%,产气中焦油质量浓度为10.1 g/m3。气化焦油的主要成分为多环芳烃,其中萘含量最高。当重整器温度从700℃升高到850℃时,焦油中单环化合物几乎全部分解,3~4环多环芳烃化合物逐步降低,萘的相对含量从54.7%升高到75.6%。该研究结果可为大规模气化装置的设计、运行以及优化提供理论指导。