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生物质能是一种可再生能源,其合理、高效的开发利用,对解决能源危机、改善环境有着重要的意义。生物质的热解和气化是生物质能利用的两种主要技术,研究生物质热解和气化技术、开发其反应装置具有重要的学术价值和应用前景。
本文将高温热管技术应用至生物质反应器中,自行开发研制了新型间接供热气化炉--热管式生物质气化炉。首先从理论上分析了生物质气化反应的过程,建立了生物质气化产气质量模型,然后在气化炉中对四种生物质原料(稻壳,稻秆,玉米秆,木屑)进行了热解和气化试验研究,最后将理论分析和试验结果进行对比分析,主要研究内容和结果为:
(1)分析了高温热管的起动性能,建立试验测试装置,对试验所用的高温热管进行测试,得到了起动过程热管的温度分布。在热管式生物质气化炉未加物料状况下,测试了热管启动性能及床层温度分布,结果表明空床床层径向温度均匀,轴向温度略有差异,在20~1000℃范围内,床层温度可通过热管蒸发段的输入功率调控,该热管可满足生物质热解气化的供热要求;
(2)四种生物质原料在热管式气化炉中的热解和气化试验结果表明,热解时气体产率在25%左右,氢气体积含量可达40%。以高温水蒸气为气化剂时,气化产气率达到65%左右,氢气含量可达70%。热解、气化产气中氢气含量比文献中一般结果高出15%左右,气化产气热值8000kJ/Nm3左右,属于中热值气;
(3)温度是生物质热解气化工艺中最重要的影响因素之一,分析试验数据,可得H2、CO、CH4、CO2四种气体的体积含量随温度变化的函数关系;
(4)比较理论分析和试验研究结果表明,用所建立的模型预测气体产率存在一定误差,误差基本保持在20%以内。
通过理论分析和试验研究,说明了高温热管技术在生物质反应器中利用的可行性,为进一步的研究和工业化应用奠定了基础。