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生物质炭燃烧及气化特性实验研究

作　者: 潘伟林
导　师: 朴桂林
学　校: 南京师范大学
专　业: 热能工程
关键词: 生物质炭燃烧气化
分类号: TK6
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

生物质能作为一种清洁可再生能源,正日益受到全世界的重视。生物质能可以采取直接燃烧、热解、液化与气化等方式加以利用,其中热解、液化、气化等技术已经较为成熟,处于工业应用初级阶段。生物质在全球范围内最普遍的利用方式为直接燃烧发电以及气化发电,但是生物质相比较传统化石能源来说存在含水量较高,堆积密度低,能量密度低,季节性较强等劣势,导致在长期的利用过程中一直处于小规模,低利用率的现状。这样不仅浪费了能源,而且还容易对环境造成污染。本文提出一种先将生物质炭化然后再进行燃烧或者气化的利用方式,经过炭化后的生物质克服了生物质自身的缺陷,例如生物质经过炭化之后,水分含量由原来的60%下降至20%不到,挥发分含量也从70%下降至15%,而固定碳的含量则增加了将近一倍。经过炭化处理后的生物质不仅可以进行长距离运输,而且生物质炭的品质也相当于褐煤,可以进行大规模的工业化利用。在研究生物质炭的燃烧特性方面,本文从生物质炭的成分构成方面,研究了生物质炭不同工况下的燃烧特性,升温速率以及助燃空气对生物质炭燃烧过程中活化能及频率因子的影响。通过阿莱妮乌斯方程进行数学建模,求出不同工况下的活化能和频率因子。为生物质炭直接燃烧技术的进一步研究提供了最基本的参数。在研究生物质炭的气化特性方面,本文从生物质炭反应活性着手,考察不同炭化温度以及保温时间下制得的生物质炭其反应活性,热重分析技术进行数据的采集分析,并建立数学模型,利用平均反应比速率来表征每个工况下制得的生物质炭的反应活性。实验结果表明炭化后的生物质能够作为化石能源的完美替代品。不仅品质相当于褐煤,而且在S元素的含量上远远低于化石能源。是一种真正的清洁可再生能源。增大升温速率和提高氧气浓度都有利于加强生物质炭的燃烧过程,但对于不同的生物质来说又存在差异,提高氧气浓度对玉米秸秆生物质炭燃烧性能的促进作用大于小麦秸秆生物质炭,而温升速率对小麦秸秆生物质炭燃烧性能的促进作用则大于玉米秸秆生物质炭。气化特性研究方面,炭化温度以及保温时间对生物质炭的气化活性起着相反的作用,炭化温度越高,制得的生物质炭其气化反应活性越低,而当保温时间为10min～30min时,生物质炭的气化反应活性是增加的。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-18
  1.1 论文选题背景  9-10
  1.2 生物质燃烧、气化发电  10-13
    1.2.1 生物质燃烧发电技术  10-11
    1.2.2 生物质气化发电技术  11-13
  1.3 生物质燃烧、气化发电过程中存在的问题  13-14
    1.3.1 生物质燃烧发电存在的问题  13
    1.3.2 生物质气化发电存在的问题  13-14
  1.4 生物质炭燃烧/气化研究现状  14-17
    1.4.1 生物质炭的制备研究  14
    1.4.2 生物质炭燃烧研究现状  14-15
    1.4.3 生物质炭气化研究现状  15-17
  1.5 本课题主要研究内容  17-18
第二章炭化实验研究  18-29
  2.1 生物质炭的制备  18-24
    2.1.1 原料及成分分析  18
    2.1.2 炭化设备  18-19
    2.1.3 炭化条件及方法  19-20
    2.1.4 生物质炭制备工况的确定  20-24
  2.2 炭化结果分析与讨论  24-28
    2.2.1 生物质炭的工业分析  24-25
    2.2.2 生物质炭的元素分析  25-28
  2.3 小结  28-29
第三章生物质炭燃烧特性及反应动力学分析  29-42
  3.1 生物质炭的燃烧理论  29-30
  3.2 生物质炭燃烧特性的影响因素  30-33
    3.2.1 燃料粒径  31
    3.2.2 反应温度  31-32
    3.2.3 助燃空气  32-33
  3.3 生物质炭燃烧实验  33-34
    3.3.1 燃烧实验条件  33
    3.3.2 热重分析(TG-DTA)实验  33-34
  3.4 生物质炭燃烧特性影响因素分析  34-37
    3.4.1 升温速率对生物质炭燃烧特性的影响  34-35
    3.4.2 助燃空气对生物质炭燃烧特性的影响  35-37
  3.5 生物质炭燃烧机理及反应动力学特性  37-41
    3.5.1 生物质炭反应动力学模型的建立  37-38
    3.5.2 燃烧反应动力学参数求解  38-41
  3.6 小结  41-42
第四章生物质炭CO_2气化特性分析及气化产物分析  42-54
  4.1 生物质炭气化反应  42-43
    4.1.1 生物质炭气化方式  42-43
    4.1.2 生物质炭CO_2气化反应活性影响因素  43
  4.2 生物质炭CO_2气化实验  43-45
    4.2.1 生物质炭制备  43-44
    4.2.2 试验台建设  44-45
  4.3 生物质炭气化反应性评价方法  45
    4.3.1 炭转化率  45
    4.3.2 气化反应速率  45
  4.4 生物质炭CO_2气化特性  45-48
    4.4.1 生物质炭CO_2气化失重曲线  45-48
  4.5 不同工况下制得生物质炭与其反应活性  48-51
    4.5.1 炭化时间对生物质炭气化反应活性的影响  48-50
    4.5.2 炭化温度对生物质炭气化反应活性的影响  50-51
  4.6 气化实验及产物分析  51-53
    4.6.1 气化工况的选择  51-52
    4.6.2 气化产物分析  52-53
  4.7 小结  53-54
第五章结论与展望  54-56
  5.1 结论  54-55
  5.2 展望  55-56
科研成果  56-57
参考文献  57-61
致谢  61

生物质炭燃烧及气化特性实验研究

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