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用于混合气化的生物质烘焙预处理的实验研究

作　者: 王贵军
导　师: 罗永浩；陆方
学　校: 上海交通大学
专　业: 热能工程
关键词: 农业生物质 烘焙 预处理 混合气化 热重分析 动力学
分类号: TK6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 196次
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内容摘要


随着我国经济的持续快速发展,能源需求量日益增加;但是化石能源的广泛应用造成了日益严重的环境问题,而且其储量也有限。生物质能是CO2中性的可再生清洁能源,每年的产量巨大。然而生物质的利用存在着收集运输和储存成本高,磨粉能耗大等缺点。生物质烘焙预处理是一种能够显著改善生物质磨粉性能,提高生物质能量密度和储存性能,降低生物质运输储存成本的合理有效的方法。生物质与煤混合气化不仅有利于生物质的规模化利用,而且更够改善煤的气化特性。本文首先对生物质能源的特点、转化利用技术、生物质能利用的情况和政策,生物质利用的预处理方式以及混合气化的研究情况进行了总结。接着对农业生物质秸秆进行了烘焙预处理研究。在固定床实验台进行了四种典型的农业生物质秸秆N2氛围下的烘焙预处理试验,终温为200℃、250℃、300℃,加热时间均为30min。热解得到的固体半焦产物能量密度显著提高,对比原始的生物质其可磨性得到明显改善,并且具有了疏水性,便于储存运输和磨粉用于气流床气化。热解气体产物以CO2、CO为主还有少量CH4,并对气体的产生进行了动力学分析。液体产物主要是水分和焦油。随着热解温度升高,液体产物和气体产物量均增加,固体焦的质量产率和能量产率都下降。然后分析烘焙预处理的可行性。测量了烘焙预处理产生半焦的热值,求得了预处理过程的能量产率。虽然半焦的热值随烘焙温度的升高而增加,但是其能量产率却下降。生物质在烘焙过程中的吸热量很小,可以有自身的部分燃烧来提供。对250℃,30min条件下的烘焙过程;从固体能量产率、原始生物质和烘焙的固体产物运输储存成本、研磨能耗对比等方面衡量了烘焙预处理的可行性。发现烘焙预处理技术相对未经预处理的有竞争力。最后研究了生物质半焦与煤在CO2作为气化剂的气化特性。分别对生物质半焦、神府煤、以及两者按质量1:1的混合物在耐驰热重上以温速率为20℃/min从35℃升温至1200℃进行了气化实验。生物质半焦单独气化反应性比神府煤要好。混合气化反应均好于单独燃料的气化反应。混合气化反应性不仅与生物质种类有关,而且与热解预处理温度有关。混合气化不仅提高了反应性,而且使得最大失重速率发生的温度降低了。大部分的混合气化最终剩余物百分比也降低,最终反应温度低于神府煤。说明协同作用使得混合燃料气化发生在更低温度,且气化速率增加使得气化过程缩短。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章 绪论  11-25
  1.1 研究背景和意义  11-12
  1.2 生物质能源及利用情况  12-18
    1.2.1 生物质定义及资源量  12-14
    1.2.2 生物质能的特点  14
    1.2.3 生物质能转化利用技术  14-17
    1.2.4 生物质能的利用情况和政策  17-18
  1.3 生物质预处理方式  18-21
  1.4 混合气化的研究现状  21-24
  1.5 本文主要研究目的和内容  24-25
第二章 烘焙预处理的实验研究  25-45
  2.1 烘焙预处理的研究状况  25-27
  2.2 烘焙预处理实验  27-32
    2.2.1 实验设备和过程  27-30
    2.2.2 实验的产物分布和分析  30-32
  2.3 气体释放规律和气体释放的动力学参数求解  32-38
    2.3.1 气体产生的机理  32-33
    2.3.2 气体释放规律  33-36
    2.3.3 动力学参数求解  36-38
  2.4 固体产物  38-43
    2.4.1 固体产物的特性  38
    2.4.2 可磨性研究方法  38-39
    2.4.3 结果及机理分析  39-43
  2.5 液体产物  43
  2.6 本章小结  43-45
第三章 烘焙的能量效率和可行性评价  45-53
  3.1 固体产物的能量得率  45-49
    3.1.1 生物质半焦热值的测量  45-47
    3.1.2 固体产物能量产率  47-49
  3.2 烘焙过程的吸热量  49-50
  3.3 烘焙预处理的可行性评价  50-51
  3.4 本章小结  51-53
第四章 混合气化的热重实验研究  53-75
  4.1 混合气化中协同作用的研究情况  53-54
  4.2 实验设备和方法  54-57
    4.2.1 热分析原理  54-55
    4.2.2 实验设备  55-56
    4.2.3 实验过程和方法  56-57
  4.3 实验结果及分析  57-65
    4.3.1 实验分析  58-65
  4.4 动力学分析  65-73
    4.4.1 生物质半焦和煤的反应性  65-69
    4.4.2 混合气化反应动力学参数  69-72
    4.4.3 协同作用的机理分析  72-73
  4.5 生物质烘焙预处理与煤混合气化利用技术路线图  73-74
  4.6 本章小结  74-75
第五章 总结  75-78
  5.1 主要结论  75-76
  5.2 研究展望  76-78
参考文献  78-82
致谢  82-83
攻读硕士学位期间发表或录用的论文  83-86

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 生物能及其利用
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