小型生物质气化系统的设计与性能实验研究

论文摘要

随着化石能源的枯竭和人类对全球性环境问题的关注,开展小型户用的生物质气化装置的研究具有十分深刻的社会、经济和环保等方面的意义。论文所研究的小型生物质气化技术,其基本原理是将生物质原料加热,在缺氧燃烧的条件下,使较高分子量的有机碳氢化合物链断裂,变成低的烃类、CO和氢等。该反应是一个比较复杂的物理、化学平衡过程,影响因素较多。为此,本文以“循环固定床整体式生物质球气化装置”,“气化用生物质成型方法”等三项国家发明专利为基础,以解决农村能源问题为目的,针对家用生物质气化设备主要部件进行优化设计,运行参数的试验,以及原料的制备工艺方法开展一系列深入的研究和开发。其主要研究内容及结果如下:(1)设计一个小型生物质气化系统。该气化系统能满足各种常见生物质的气化要求,可以测量不同条件下气化系统气化的性能。(2)对炉内温度与风机转速之间的关系、风机转速与气体品质之间的关系、风机转速与灶头温度之间的关系、炉内成型燃料催化气化与气体品质之间的关系进行了实验研究。实验结果表明:在鼓风量较小的情况下,炉内温度随鼓风量的增加而显著提高,但当鼓风量达到一定值后,炉内温度的提高变得缓慢,该气化装置使用时风机最佳的转速应该是2000r/min。(3)气化系统洁净化技术的研究:炉内催化除焦可显著降低焦油含量;气化气通过缓冲气柜和输气管道的冷却,可冷凝大部分废水和焦油;通过能使可燃气预混合燃烧的红外线灶具,可使燃气充分、无异味的使用,灶头火焰温度达960℃;通过加料绞龙,可实现加料不需开盖,无气体泄露,能够连续运行。(4)气化系统稳定技术的研究:设计缓冲气柜可解决气化装置产气不稳定,净化效果不理想的缺点,缓冲气柜的体积约为气化炉体积的1/2时即可;通过珍珠岩保温层可使气化装置的封火时间由12小时延长到72小时;通过落料装置,可不需要打开盖子进行操作。(5)气化用原料的制备工艺方法的研究:本文研究了各种气化原料的制备工艺的要求及相应设备的选型,特别是生物质气化成型燃料的研究,当黏土与秸秆的质量比为1:9时,成型与气化效果比较好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 生物质能开发利用的背景和重要意义
• 1.1.1 生物质能的概况
• 1.1.2 生物质能的来源
• 1.1.3 开发生物质能的意义
• 1.2 生物质能利用技术
• 1.2.1 直接燃烧技术
• 1.2.2 物化转化技术
• 1.2.3 生化转化技术
• 1.2.4 植物油技术
• 1.3 生物质气化技术发展状况
• 1.3.1 生物质气化技术的历史
• 1.3.2 生物质气化技术应用现状
• 1.3.3 生物质气化工艺分类
• 1.3.4 生物质气化技术的应用
• 1.4 本研究的主要内容和技术路线
• 1.4.1 研究的主要内容
• 1.4.2 研究的技术路线
• 小结
• 第二章 小型生物质气化系统的设计
• 2.1 小型生物质气化炉的工作原理
• 2.2 小型生物质气化炉的发展概况
• 2.3 小型生物质气化炉的设计及计算
• 2.3.1 小型生物质气化炉的选型
• 2.3.2 小型生物质气化炉的定型
• 2.3.3 生物质气化的基本热化学反应
• 2.3.4 气化原料的选取和燃料组分的确定
• 2.3.5 小型生物质气化炉各主要参数设计
• 2.3.6 小型生物质气化炉总体结构设计
• 2.4 小型生物质气化系统其它结构的设计
• 2.4.1 缓冲气柜的设计
• 2.4.2 加料装置的设计
• 2.4.3 落料装置的设计
• 2.4.4 红外线灶具的设计
• 小结
• 第三章 气化用原料的制备工艺的研究
• 3.1 一般气化用原料的制备工艺
• 3.1.1 果树、棉秆等枝条状原料的制备
• 3.1.2 麦秆、稻草等轻质原料的制备
• 3.1.3 可直接使用的原料使用要求
• 3.2 成型燃料的制备工艺
• 3.2.1 生物质燃料致密成型方案及工艺选择
• 3.2.2 本文所采用的成型燃料的制备工艺
• 3.2.3 成型燃料的经济可行性分析
• 小结
• 第四章 小型生物质气化系统性能实验研究
• 4.1 试验目的
• 4.2 试验装置及测试设备
• 4.2.1 原料的准备
• 4.2.2 气化炉
• 4.2.3 鼓风机
• 4.2.4 气化炉内温度的测量
• 4.2.5 燃气具火焰燃烧温度的测量
• 4.2.6 可燃气气体成份测试分析
• 4.2.7 实验总体测试系统
• 4.3 试验过程
• 4.3.1 试验前的准备
• 4.3.2 实验时的操作程序及数据的采集
• 4.3.4 使用后的封火与再次使用
• 4.4 试验结果分析
• 4.4.1 炉内温度与风机转速之间的关系
• 4.4.2 风机转速与气体品质之间的关系
• 4.4.3 风机转速与燃气具火焰温度之间的关系
• 4.4.4 炉内成型燃料催化气化与气体品质之间的关系
• 小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 读研期间所获荣誉及取得的成果
• 一、研究生期间所获荣誉:
• 二、研究生期间专利申请情况:
• 三、研究生期间完成课题和鉴定成果情况
• 四、研究生期间论文发表情况