层式下吸式气化炉中单颗粒生物质的热解模型

建立了层式下吸式气化炉中有焰热解区单个生物质颗粒的热解模型,耦合了传热方程和热解化学动力学方程,并利用三对角矩阵算法（TDMA）和四阶龙格库塔法进行了求解;分别针对普通无氧热解环境和层式下吸式气化炉中的有焰热解环境,运用文献中的试验结果对模型进行了验证,表明该模型能够较好地预测2种环境下颗粒内部不同位置的温度和热解速率;利用该模型对有焰热解区的生物质颗粒的热解过程进行了模拟分析。结果表明,层式下吸式气化炉有焰热解环境的传热参数为：对流换热系数（hs）为80.4 W/（m2·K）、炭的发射率（ε）为0.792。有焰热解过程中,颗粒内部的温度变化趋势与外部相反;颗粒的平均热解时间比普通无氧热解环境下缩短了16.52%;颗粒的升温速率为182.5 K/min,属于快速热解;随着有焰热解区火焰温度的升高,完全热解所需要的时间逐渐缩短,炭产量从16.92%逐渐降低到13.97%;随着颗粒直径的增加,热解时间逐渐增大,炭产量增加;有焰热解区的高度在6.59~44.1 mm范围内,相当于1.1~2.2个颗粒直径。

层式下吸式气化炉中生物质热解的热力学模型

基于物质平衡、能量平衡和化学反应平衡为层式下吸式气化炉有焰热解区建立了热动力学平衡模型,把灰分作为出口成分进行了考虑,并通过牛顿法对模型进行了求解。模型的预测结果与现有文献中的试验数据很好的吻合,与其他研究者的预测结果基本一致。利用该模型对有焰热解区进行了分析预测。结果表明,ER、原料的含水量、散热损失对有焰热解区出口的气体温度和成分都有比较明显的影响;空气预热温度和灰分含量对出口气体温度有一定的影响,而对气体成分的影响不明显;当ER较高而生物质含水量较低时,气化炉内发生结渣的可能性增加;在ER〈0.392时,提高空气的预热温度,对整个气化炉的气化是有利的;热损失超过14%,ER〈0.32时,可能出现生物质无法完全热解的情况;对于典型的玉米秸秆气化,有焰热解区出口气体成分中,对还原区反应有重要影响的H2O范围在20%～25%之间,CO2范围在10%～15%之间。本模型的预测结果还为还原区的模型提供了初始参数。