小型燃气锅炉掺烧生物质气的模拟

采用Fluent软件,模拟小型燃气锅炉掺烧生物质气对锅炉燃烧工况的影响。通过控制燃气锅炉在不同负荷下掺烧生物质气体量的百分比,分析燃烧室内火焰偏移量,烟气流动均匀程度,以及对火焰的冲击情况。同时,在保证燃烧稳定的条件下,确定科学合理的生物质气和天然气的最佳掺烧比例。模拟结果表明:一次换热管内烟气速度略有提高,速度差异降低;二次换热管出口烟气速度差异也有所下降;出口烟气温度明显下降,整体换热效果有所提高。

添加H_(2)对生物质气层流燃烧特性的影响

为研究H_(2)对生物质气层流燃烧特性的影响,在内径和长度均为200 mm,点火位置为正中央的圆柱形定容燃烧弹内进行当量比为0.6~1.4、H_(2)体积分数为7.15%~33.15%的掺氢生物质气/空气燃烧试验。利用高速摄像仪采集火焰传播图片,并通过计算分析软件Chemkin-Pro进行化学反应路径分析。研究结果表明:添加H_(2)对生物质气/空气的层流燃烧速度起促进作用,在贫燃侧增长效应平稳而在富燃侧增长效应显著,使火焰的不稳定性增强;火焰结构中主要自由基浓度的增大是引起层流燃烧速度增大的主要化学动力学原因;H_(2)主要通过参与HCO基团氧化加快反应速率,富燃侧层流燃烧速度显著增大的原因是H_(2)作用的路径多为有O_(2)参与的反应。

环境温度变化生物质气微型燃气轮机联合循环运行及调节

为探究不同燃料、环境温度对微型燃气轮机联合循环运行性能的影响,利用MATLAB/Simulink软件建立回热型微型燃气轮机联合循环模型,以天然气为燃料,验证模型的合理性。选取天然气、沼气和松木气等作为燃料,在环境温度为15℃,机组的输出功率为100 kW时,与天然气系统相比,沼气和松木气系统的燃料流量增大,燃烧室出口温度降低,电效率分别下降了0.19%和0.67%,联合循环热效率分别下降了0.22%和0.62%。环境温度升高时,3种燃料系统的压气机入口空气流量减少,燃烧室出口温度和透平排烟温度升高,机组输出功率和电效率降低,而余热利用热效率和联合循环热效率升高,环境温度由5℃升高到20℃时,天然气、沼气和松木气系统的联合循环热效率分别由58.16%、57.99%和57.60%升高至62.62%、62.24%和61.46%,生物质气可作为优先替代燃料应用于燃气轮机。当环境温度扰动时,控制系统进行保护动作,机组转速迅速恢复至1000 rad/s,其他参数也重新恢复到稳定状态,增设控制系统可提高机组的运行性能。

煤粉耦合生物质气协同降低NO_(x)和CO_(2)的排放技术

针对我国提出的“双碳”目标,以某350MW煤粉/生物质气混烧锅炉为研究对象,数值模拟了生物质气的掺烧比和空气分级技术对炉内温度、NO_(x)和CO_(2)的生成量及煤粉的燃尽特性的影响。结果表明:增加生物质气的掺烧量和空气分级技术均会降低主燃烧器区的温度,温度由1539K降至1266K,炉内火焰中心上移。由于炉内还原气氛介质增加、主燃烧器区温度降低、生物质气中N_(2)的占比多及CO_(2)占比少的综合因素,煤粉/生物质气混烧联合空气分级技术能协同降低NO_(x)和CO_(2)的排放量,NO_(x)排放量由345μL/L降至88μL/L,CO_(2)排放量由22.90%降至10.67%。但煤粉混烧生物质气会减少煤粉颗粒在炉内的停留时间,建议通过增大炉膛高度、减小煤粉颗粒的粒径、将生物质气预处理到较高温度等方法提高煤粉的燃尽率。该研究结果可为煤粉/生物质气混烧锅炉的低氮和低碳运行提供技术支持。

350MW燃煤锅炉在富氧下掺烧生物质气的数值模拟

为了研究火力燃煤锅炉的碳减排与低氮燃烧技术,本文通过数值模拟方法研究了不同O2/CO2体积分数比的富氧条件下四角切圆锅炉内生物质气与煤粉混燃情况。结果表明:当O2浓度高于29%时,炉膛整体速度梯度提高,有利于煤粉的充分混合燃烧,从而改善了煤粉的燃烧特性;随着O2/CO2体积分数比的增加,炉膛内温度整体是提高的,有利于提高炉膛内的换热性能;随着O2/CO2体积分数比的增加,炉膛内整体的CO2浓度逐渐提高,炉膛出口的CO2浓度是70%~77%,有利于CO2的捕集,同时,炉膛内NOx的浓度也逐渐提高,主要原因是炉膛内的温度随着O2浓度的增加而上升,由此热力型NOx的产生量更大。

富氧下煤粉掺烧生物质气的NOx与CO2生成量协同排放研究

在富氧条件下,煤粉掺烧生物质气既能实现低NOx排放,也实现碳捕集从而达到减碳目的。本文以350 MW四角切圆锅炉为研究对象,通过数值模拟研究了富氧下燃煤锅炉掺烧生物质气过程中生物质气掺烧比对NOx与CO2的协同排放控制规律。结果表明:掺烧生物质气不影响燃煤锅炉的燃烧过程;随着掺烧生物质气比例的增大,炉膛出口的NOx与CO2体积分数有负向协同排放的趋势;当生物质掺烧比例为20%时,炉膛出口的NOx体积分数为396 ppm,CO2体积分数为80.9%,生物质能的利用、CO2捕集及NOx污染物排放控制均能达到很好的协调。本文研究成果将对火力发电行业实现低氮燃烧和碳减排提供技术理论支撑。

生物质气化过程催化剂应用研究进展

生物质气化技术已在国内外得到广泛的开发和运用,但由于燃气品位较差,焦油较多,限制了生物质气化气的进一步利用。在生物质气化过程中应用催化剂是一种有效的提升燃气质量和催化裂解焦油的方法,近年来已引起了国内外的广泛注意。本文对国内外生物质催化气化及相关研究进展进行了综合评述,分析了催化剂对减少生物质气化焦油的生成和改进燃料气品质的作用结果, 提出了进一步的研究方向。

生物质气化与微型燃气轮机联合发电系统模拟分析

为了研究不同生物质对生物质气化与微型燃气轮机联合发电系统运行特性的影响,搭建了联合发电系统的模型。以木屑、秸秆、食物垃圾为原料,气化过程确定了这3种生物质的最佳空燃比依次为1.4、1.6、1.9,将相应条件下的生物质气作为微型燃气轮机的燃料,研究生物质气初温变化对燃气轮机及联合发电系统运行性能的影响。在机组输出功率为额定值时,生物质气初温由环境温度升高到450℃,所需要的生物质流量减小,联合发电系统净效率增加;在保持燃气轮机输出功不变的条件下,增设回热器,引起燃烧室出口温度升高,排烟温度降低,燃料流量减少,燃气轮机发电效率和联合发电系统净效率增大;增设回热器及提高生物质气初温均有利于减少联合发电系统中SO2、SO3的排放且不利于减少NO的排放。

600MW超临界燃煤锅炉生物质气体再燃的数值研究

利用FLUENT数值软件对某电厂600 MW超临界前后墙对冲旋流燃煤锅炉进行了600℃时玉米秆气化气、稻秆气化气和小麦秆气化气再燃的数值模拟,研究了不同生物质气化气、再燃量对炉内燃烧、炉膛出口烟气温度及NO、CO2、CO生成的影响.结果表明:小麦秆气、玉米秆气、稻秆气的最大脱氮率分别是41%、40%、38%;随着生物质气体再燃量的增加炉膛出口CO2、NO排放浓度降低,温度和CO浓度升高;生物质气体再燃能有效降低NO排放浓度,而且对锅炉的正常运行影响较小;麦秆气、玉米秆气和稻秆气的脱氮率依次降低.

生物质气参数对燃煤耦合生物质发电机组影响研究

为了掌握掺烧生物质气对燃煤耦合生物质发电燃煤机组运行参数的影响,针对某电厂300 MW等级燃煤机组,以能量守恒定律为基础,通过锅炉热力校核和机组热力系统计算分析了机组在BMCR、75%THA、50%THA和30%THA工况下,掺烧生物质气后燃煤机组的锅炉热效率、发电煤耗、烟气温度和烟气量等参数的变化。结果表明:掺烧生物质气会导致锅炉热效率下降,燃煤消耗量减少,理论燃烧温度降低,排烟温度升高和烟气量增大,变化幅度均随着生物质气掺烧量的增加而增大;建议掺烧生物质气的温度低于500℃,全负荷热量输入比小于20%。

生物质气再燃减少流化床N_2O排放的实验研究

以生物质气化气作为再燃燃料,在小型流化床反应器内进行了N2O脱除的实验研究。研究了生物质气化气投入位置、料层高度、再燃燃料比、烟气含氧量和反应温度对N2O排放的影响。结果表明,距布风板200 mm的B喷口较离布风板较近的A喷口(距布风板100 mm)对应的N2O转化率高;反应温度为850℃、按照N2O/N2配置模拟烟气的情况下,B口喷入生物质气量为1%,床料CaO高度为10 mm时N2O接近完全分解;反应温度为850℃,床层高度大于20 mm时,从B口喷入大于0.4%比例的生物质气对应N2O分解率高于95%。

一种新的生物质气发电装置——固体氧化物燃料电池

利用固体氧化物燃料电池将生物质气直接转化为电能是一种新型的生物质气发电技术,这项技术与传统的发电技术相比具有很多优点。文章阐述了固体氧化物燃料电池的发电原理、特点、研究进展以及发展前景。

生物质气与煤粉混燃过程数值模拟

为了分析生物质气与煤粉混燃对锅炉燃烧过程的影响,利用Gambit软件对锅炉的炉膛结构进行网格划分,并基于Fluent软件,搭建生物质气和煤粉混合燃烧模型,对混合燃烧过程进行数值模拟和计算,分析随着生物质气掺烧比的变化,炉内温度场、速度场以及一次风喷口的气流场等的分布特征。结果表明,随着生物质气掺烧比的增大,炉膛中心截面最高温度逐渐降低,燃烧器区域的温度逐渐升高,炉膛中心部分气流速度及旋转强度增强,但对一次风口处的流场影响不大。

三种生物质气一步法合成二甲醚的比较

比较了由生物质气化衍生的3种原料气:气体(A)(以空气-水蒸汽气化生物质得到)、气体(B)(在NiO-MgO固溶体催化剂上,添加沼气重整气体(A)得到)和气体(C)(在生物质气(A)中添加H_2调变气体组分得到)在双功能催化剂上一步法合成二甲醚的性能。3种生物质气的氢碳比(f=(P_(H_2)-P_(CO_2))/(P_(CO)+P_(CO_2)))值分别为0.33、0.88、0.66,P_(CO)/P_(CO_2).分别为0.49、6.08、1.89,其中气体(B)和气体(A)在相同氢分压下,两种气体的CO转化率(X_(CO))、DME选择性(S_(DME))、DME时空产率(STY_(DME))之比分别为1.52、1.43和2.95。3种气体在各自最佳合成温度下,X_(CO)分别为33.5%,47.6%和51.3%,STY_(DME)顺序为气体(A)<气体(B)<气体(C),气体(A)的时空产率为0.18g·(mL·h)^(-1),仅为气体(B)的1/3。当空速为1500～6000h^(-1)时,空速增加,3种气体的STY_(DME)均随之增加。在空速为1500h^(-1)时,气体(B)和气体(A)的STY_(DME)之比为1.65;当空速为6000h^(-1),两种气体STY_(DME)之比增大为2.43。

热裂解生物质气发动机怠速燃烧及排放特性

为了研究热裂解生物质气发动机的怠速燃烧特性及控制怠速排放的方法,利用低热值热裂解生物质气作为内燃机的燃料,采集火花点火生物质气发动机怠速运转时的示功图及怠速排放指标,分析了发动机怠速放热率、燃烧参数及排放特性。试验结果表明:不完全燃烧及燃烧参数的变化主要是由于缸内充量的波动及火焰发展的差异而造成的;怠速失火和不完全燃烧现象,导致发动机的怠速CO排放为4.07%～4.32%、HC排放为350×10-6～400×10-6;怠速运转时存在0.2～0.4BSU的碳烟排放。减小缸内充量的波动性可以有效改善非正常燃烧现象并降低怠速排放。

生物质气化气还原NO的化学反应动力学机制及数值模拟

采用生物质燃料再燃方式既能减少NOx排放，又能减少CO2、SOx排放，因此生物质燃料再燃是具有优势的生物质能利用方式，成为再燃技术研究的新方向。生物质气化再燃相比较直接再燃，气化后再燃不会破坏锅炉的灰成分，同时锅炉受热面的积灰、结渣、腐蚀等问题也可以避免，尤其适合难以直接燃烧的生物质。生物质气化气还原NO的化学反应动力学机制研究有助于深入理解再燃过程，优化再燃效果。提出1套详细的化学反应动力学机制，并对稻杆气化气的再燃进行模拟与分析，针对温度、当量比这2个重要再燃参数，得出稻杆气化气再燃的最佳当量比为 f = 1.1~1.5，最佳温度范围在1 300 K以上。

生物质气微型燃气轮机燃烧室的数值模拟

将生物质气应用在为天然气设计的微型燃气轮机中时,由于其热值较低以及可燃成份的不同,会给燃烧室的温度场、速度场以及燃烧特性造成影响。对30kW级微型燃气轮机的燃烧室进行了初步的设计,并在此基础上采用Fluent软件对燃烧室燃烧甲烷气和生物质气进行了数值模拟比较,探讨了燃烧生物质气对燃烧室内部流动、温度分布和NOx排放造成的影响及其原因,为今后生物质气微型燃气轮机燃烧室的设计应用提供了数据。

生物质气催化合成甲醇的热力学分析

由生物质气合成甲醇是一复杂反应系统,本文计算了其中各个反应的反应热和平衡常数与温度的关系.并以CO21.5%、CO222.8%、H252.5%、N23.2%的气体模拟生物质气,用平衡常数法计算了在473.15～553.15K、3～6MPa下的平衡组成、碳的平衡转化率和所得甲醇的浓度.计算结果表明,这一体系中,主要是CO+H2生成甲醇.低温和高压有利于提高碳的平衡转化率和甲醇的浓度.并用工业C306催化剂验证了上述规律的正确性.由于反应既受热力学控制,又受动力学控制,在3MPa时碳的转化率在533.15K时达到最大,接近平衡转化率.随压力升高,甲醇产率及液相产物中的浓度逐渐升高.

NiO-MgO固溶体蜂窝催化剂部分氧化重整净化生物质气特性

采用分步浸渍法制备了NiO-MgO固溶体蜂窝催化剂,以60h连续重整实验,考察了不同临氧条件下MCM催化剂催化生物质气重整净化的性能。利用TG-DSC对催化剂的表面积炭进行了分析,采用GC、GC-MS等手段对生物质气组成及焦油转化产物进行了分析。结果表明:加入O2后进行临氧重整,可改善出口合成气的品质,H2/CO摩尔比较干重整时提高了10%左右。但当O2/fuel摩尔比超过0.127时,H2/CO摩尔比有所下降。O2的加入可明显提高催化剂的催化活性和稳定性,随着O2含量的增加出口合成气中的CH4含量降低,临氧重整条件下焦油的转化率较无氧条件时提高了5%,转化率达到99%以上。热重分析表明,O2含量的增加会减少催化剂表面积炭量。实验中添加从气化现场提取的生物质焦油,经检测焦油大部分转化为H2、CO及痕量轻质组分,且对干重整中难于转化的含氧有机化合物等转化更为彻底。

不同温度生物质气与煤粉混燃过程及污染物排放特性

为了研究不同温度生物质气与煤粉混燃对锅炉燃烧过程的影响,基于Fluent软件,搭建生物质气和煤粉混燃模型,对某电厂亚临界300 MW机组锅炉分别进行了纯煤粉燃烧和掺烧10%的300℃、450℃和600℃生物质气4种工况的炉内燃烧数值模拟,分析不同工况下炉内速度场、温度场、组分场以及污染物NO_x分布特征。结果表明:与纯煤粉燃烧相比,生物质气掺烧后,底层燃烧器生物质气出口烟气速度增加,炉膛中心燃烧温度降低,炉膛出口O_2和CO体积分数升高,而CO_2和NO体积分数降低;随着生物质气温度的升高,相对于纯煤粉工况,其他3种掺烧工况NO_x质量浓度分别降低了15%、24%、32%。