生物質(zhì)循環(huán)流化床氣固兩相流數(shù)值模擬與熱解氣化試驗研究.pdf

1、循環(huán)流化床氣化技術(shù)是近年來國內(nèi)外正在研究開發(fā)的一種先進的生物質(zhì)氣化技術(shù)，可利用廣譜生物質(zhì)為原料，經(jīng)氣化爐在缺氧條件下不完全燃燒而轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)的清潔生物質(zhì)燃氣，提高了能量利用效率，具有廣泛的應(yīng)用前景，是生物質(zhì)原料的資源化無害化處理的重要技術(shù)手段。近年來循環(huán)流化床氣化技術(shù)得到了相對較快的發(fā)展，也取得了一定的成果，但對于循環(huán)流化床內(nèi)固相顆粒停留時間及氣固兩相流動的數(shù)值模擬情況尚需要深入研究，相關(guān)理論試驗及工程應(yīng)用尚未完善，當前生物質(zhì)氣化設(shè)備在

2、原料適用性、氣化參數(shù)選擇及工程放大等方面仍然存在一些的問題，揭示循環(huán)流化床爐內(nèi)氣固相流動情況、探索合理工作參數(shù)可為氣化燃氣品質(zhì)預(yù)測與控制、循環(huán)流化床氣化爐設(shè)備優(yōu)化提供依據(jù)。
　　本文以循環(huán)流化床氣化爐為研究對象，采用GAMBIT軟件建立了循環(huán)流化床氣化爐二維模型，基于CFD的數(shù)值模擬方法，探索了循環(huán)流化床氣化爐內(nèi)固相顆粒停留時間分布規(guī)律以及氣固兩相流動的宏觀特性規(guī)律。模擬結(jié)果表明:循環(huán)流化床氣化爐內(nèi)的固相顆粒停留時間分布曲線呈現(xiàn)明

3、顯的雙峰分布的特征，曲線中出峰較早的峰形窄而高，出峰較晚峰形寬而矮，這種雙峰分布是由于氣化爐中離散的顆粒和聚集的顆粒團共同作用的結(jié)果;隨著流化氣速的增加，曲線第一峰峰值增大較為顯著，而第二峰峰值也隨之增大，但增幅較小;經(jīng)計算得，流化氣速的增加會導(dǎo)致固相顆粒平均停留時間的減小，當流化氣速由3.5m/s增加到6m/s時，固相顆粒停留時間由5.86s降低為3.41s，得到了工程應(yīng)用中的最佳合理流化氣速范圍為4～5m/s。爐體高度的增加，使得顆

4、粒混合的空間增大，床內(nèi)顆粒的混合更加充分，混合范圍變大、時間變長，導(dǎo)致顆粒平均停留時間增加。顆粒粒徑越大，其平均停留時間也越大，相反顆粒粒徑的減小則會導(dǎo)致平均停留時間的減小，且當流化氣速選定為4～5m/s時，最佳顆粒粒徑為400～600μm。歐拉雙流體模型能較好的反映循環(huán)流化床氣化爐的氣固兩相的宏觀流動特性，得到了氣化爐爐膛內(nèi)顆粒濃度呈現(xiàn)兩邊高中間低的“環(huán)-核”形狀分布規(guī)律，且顆粒在爐內(nèi)形成內(nèi)循環(huán)流動形式。將氣化爐爐膛壓降分布規(guī)律與理論

5、模型計算值進行對比，兩曲線結(jié)果總體趨勢吻合良好，說明了本模型計算的可靠性與準確性。
　　本文在模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上，選定模擬得到的最優(yōu)參數(shù)，利用循環(huán)流化床氣化爐中試設(shè)備，對含水率為20％的藥渣進行氣化試驗研究。采用空氣預(yù)熱裝置將氣化劑空氣由常溫加熱為約200℃的熱空氣，研究了當氣化劑處于兩種不同溫度時，空氣當量比ER對氣化特性的影響，并討論了水蒸氣配比S/B對氣化特性的影響。結(jié)果表明:隨著空氣當量比的增加，循環(huán)流化床爐內(nèi)氣化溫度逐漸升

6、高，燃氣熱值和燃氣中焦油含量均逐漸降低，氣化效率則先增大后減小。當氣化劑為常溫冷空氣時，最佳空氣當量比范圍為0.26～0.30，燃氣熱值在4500kJ/m3以上，氣化效率大于67％;氣化劑為200℃熱空氣時，最佳空氣當量比為0.24～0.29，此時燃氣熱值在5000kJ/m3以上，氣化效率約大于73％;隨著水蒸氣配比的增加，爐內(nèi)溫度逐漸降低，焦油含量逐漸升高，燃氣熱值先增加后減小，當S/B為0.4時，燃氣熱值可達6100kJ/m3。研究