生物质循环流化床气化炉的数学模型研究

以试验为基础，根据有关化学动力学、快速流态化模型等资料，结合原料的宽筛分特性，建立了生物质循环流化床气化炉（ＣＦＢＧ）的数学模型，并用Ｑｕｉｃｋ－Ｂａｓｉｃ语言编制程序。利用模型对循环流化床木粉气化炉的运行参数进行模拟计算，模拟结果与试验数据符合良好，在一定程度上证明了模型的有效性和可靠性。利用该模型不仅能选择气化炉的最佳运行工况，而且可为同类反应器设计提供理论指导。

小型生物质循环流化床气化炉内流动整体三维模拟

采用整体三维数值模拟的方法,在计算中考虑各部件间的相互影响,应用欧拉双流体granular模型和颗粒脉动理论,采用Gidaspow相间动量交换模型,对小型生物质循环流化床气化炉实验装置进行了研究。模拟了炉内气固两相的三维流动和分布情况在不同炉内含料量下的变化规律,在返料口高度以上形成了封闭的压力环路,提升管内呈现大尺度的轴向内循环,返料管口以上管段无法形成清晰的环核结构,模拟结果与实验数据吻合较好。

生物质循环流化床气化炉运行特性

我国生物质循环流化床气化炉的商业应用仍处在初始阶段,相关方面的公开报道还极少,因此研究其运行特性和控制方法对该炉型气化炉的商业化发展意义重大。以江苏某米厂5 t/h生物质循环流化床气化炉为例,针对气化炉运行过程中不同阶段的床层压降、床层温度、流化风量、返料风及返料蒸汽量等关键参数的变化规律及控制方法进行了分析讨论。结果表明:床层压降的调控主要靠给料量和返料量的协调控制,床层温度的控制主要靠给料量和流化风量的配合调整;气化炉在直燃和气化阶段运行时风料调整遵循少量多次的原则;在直燃转气化时,应快速给料,快速降低烟气中氧含量,快速转气化;正常停炉时,应先转至直燃状态。

生物质循环流化床机组协调系统模型研究

针对生物质循环流化床(CFB)机组,通过机理分析,研究了生物质燃烧的动态过程,建立了生物质CFB锅炉燃料侧燃烧模型。通过能量守恒,确定了生物质CFB机组汽水侧和汽机侧主要参数之间的函数关系,建立了负荷控制系统模型。基于某30 MW生物质CFB机组实际运行数据,通过稳态工况推导、回归分析和遗传算法辨识了模型的参数和函数关系,在Simulink软件平台验证了模型的结果并进行了模型阶跃试验。结果表明:模型的输出与实际数据能较好地吻合,主蒸汽压力、负荷的平均相对误差均在4%以内,阶跃响应符合实际经验,证明建立的模型能够反映机组的动态特性。

活性添加剂对生物质循环流化床燃烧特性影响研究进展

循环流化床(circulating fluidized bed,CFB)燃烧被认为是未来大规模开发利用生物质能源最有潜力的技术之一。该文概述生物质直燃CFB锅炉在运行实践中面临的受热面沾污腐蚀、床料烧结团聚、燃烧不均匀、NO_(x)原始排放高等诸多问题和对应的活性添加剂解决方案。如采用硅铝基、硫基、钙基、磷基等添加剂形成高熔点盐或降低Cl含量,可有效缓解炉内受热面沾污腐蚀等现象;借助载氧体辅助燃烧技术,有望通过替代床料的氧化还原循环反应改善炉内气氛分布均匀性并提高燃烧效率;在燃烧过程中投入适量的铁基或还原类添加剂,可抑制含氮前驱体向NO_(x)转化,亦或还原已生成的NO_(x),从而降低NO_(x)原始排放。未来,对添加剂的研究应重点关注机理分析、标准化、工程放大、固废资源化利用等方向,以期实现对生物质的清洁高效利用。

循环流化床炉生物质掺烧降碳技术研究

火电行业的降碳工作直接关系到“双碳”目标的实现,而循环流化床炉具有燃料适用性广的优势,能够大比例掺烧可再生“零碳”能源-生物质燃料,大幅降低火电厂碳排放。在役循环流化床炉和燃煤条件,进行生物质混合掺烧试验,并对燃烧稳定性、污染物排放及热效率进行了综合评估。掺烧试验结果表明:生产单位蒸汽煤耗量随掺烧比增大显著降低,燃烧工况稳定;掺烧条件下单位石灰石耗量降至4.5 kg/t蒸汽左右,SO_(2)排放量达标;掺烧后炉内温度升高,排烟温度升高,而飞灰量增大,使热损失有所增大;通过调控风量配比、料层差压及过量空气系数,总体热效率接近设计值;长期运行条件下,生物质掺烧比达到约30%,SO_(2)和NOx排放量合格,尾部受热面未受明显腐蚀,1 t蒸汽减排CO_(2)量约480 kg。

低负荷下生物质掺烧比例对循环流化床锅炉燃烧性能的影响

为了研究生物质在低负荷下循环流化床机组深度调峰中的应用潜力,本文结合实验和数值模拟方法,分析不同生物质掺混比例对CFB锅炉内部温度、压力、气体浓度及颗粒动态的影响。研究发现,生物质掺混比为10%、20%时,循环流化床密相区升温速率提高2~8℃/min,但稳定温度随掺混比增加而降低。为深入了解造成这种现象的原因,分别对3种工况进行数值计算后发现:掺烧比由0%提升至20%时,密相区压降由900 Pa减少至700 Pa;CO浓度由10%降低至5%;CO_(2)浓度从17%降低至12%;颗粒浓度降低了18%。相对地,稀相区各组分浓度出现增加,特别是颗粒浓度增加了达38%。表明生物质的掺入促使燃烧区域向炉膛中上部移动。这一发现证明了生物质掺烧能有效提高低负荷下炉内升温特性且满足“双碳”目标下的需求,为低负荷下电网调峰提供了新方法。

基于热效率和㶲效率分析的循环流化床生物质气化规律研究

基于热效率和㶲效率分析方法,研究循环流化床生物质气化过程中的主要参数(生物质种类、气化温度、水蒸气与碳的比值S/C和当量比ER)对气化系统㶲效率的影响。研究表明:在循环流化床生物质气化的诸多影响因素中,原材料的固定碳含量的变化对气化系统㶲效率影响最大:固定碳含量为8.99%的肉骨粉气化过程系统㶲效率最低为12.52%;固定碳含量为68.68%的晋城无烟煤气化过程系统㶲效率最高为59.95%,同时发现气化系统热效率与㶲效率的差值与所产气体的热值的关系。而其他增大气化参数(气化温度、S/C和ER)会提高㶲效率和热效率,但达到一定程度后将出现峰值,再升高温度将呈降低趋势。

不同形式的循环流化床生物质气化炉

循环流化床生物质气化炉相比固定床生物质气化炉有许多优点,更适用于工业化生产,目前在生物质气化领域应用的循环流化床主要有外循环流化床,内循环流化床和双流化床。介绍了这几种循环流化床气化设备的典型结构和研究进展,并对其各类循环流化床气化装置的特点做出了分析和讨论。

循环流化床生物质气化炉内计算流体动力学模拟——鼓泡流化床内改进的颗粒床模型(英文)

采用改进颗粒床模型的CFD方法模拟了实验室规模冷模装置内鼓泡床的流体流动时空特性。模拟结果表明表观气速是影响气固动态特征和压力波动的主要因素之一:随表观气速的增大,气泡数目增加,气泡体积增大,压力波动增强;气速越高时均压降越大;在内循环鼓泡流化床内固体颗粒呈“单室”流型。上述与实验观察相吻合的模拟结果将有助于放大和设计商业化的内循环流化床生物质气化炉。

生物质循环流化床气化技术在可持续能源发电中的应用

生物质能源作为一种既符合可持续发展理念,又具有巨大潜力的能源类型,备受瞩目。生物质循环流化床气化技术以其独特的技术特性和优越的应用效果,成为了该领域的研究热点,此技术能将生物质通过气化过程转化为可用于发电的气体,从而提供一种新的、高效的、环保的发电方式。文章阐述了生物质循环流化床气化技术的基本原理,并与传统气化技术进行了比较,揭示了生物质循环流化床气化在发电中的具体应用以及效果和效益,并提出了一套适用于生物质循环流化床气化的生物质资源选择和优化流程,旨在为相关工作者提供一些有益建议。

生物质直燃式循环流化床锅炉燃烧系统建模及预测研究

为了分析生物质循环流化床锅炉的燃烧机理,实现燃烧控制优化,通过生物质燃料特性分析以及即燃碳燃烧理论的应用,对炉内燃烧过程以及燃烧机理进行分析,同时建立燃烧过程机理模型,研究了炉内即燃碳动态变化过程,实现对负荷、炉膛温度、一氧化碳排放以及烟气含氧量的预测。结果表明:入炉燃料脱挥发分后形成的即燃碳的燃烧速度比挥发分慢,给料的波动会直接影响炉内即燃碳存量;作为给料波动时主要热量来源,即燃碳燃烧所需氧量更少,燃烧更充分,此时烟气中的CO体积分数较低、含氧量较高;炉膛温度、负荷、CO体积分数和烟气含氧量的预测值与实际值的变化趋势基本相同。

15 MW生物质循环流化床NO_(x)和温室气体排放特性

生物质是零碳可再生能源,对我国实现碳达峰、碳中和目标具有重要意义。虽然被视为清洁能源,但生物质燃烧过程仍会排放NO_(x)(NO、N_(2)O)和温室气体(CH_(4)、N_(2)O、CO_(2)),有必要对生物质直燃的NO_(x)和温室气体排放特性进行研究。测量某15 MW生物质循环流化床的NO_(x)和温室气体排放,并探究了改变床压、一二次风比、前后墙二次风比、废木料掺烧比例等因素对NO_(x)和温室气体排放特性的影响。燃烧调整试验表明:升高床压有利于降低NO排放,但降幅很小,且会造成CO和CH_(4)体积分数上升,CO_(2)体积分数降低;随一二次风比增大,NO排放略降低,这意味着可适当降低二次风以降低NO排放量,CO和CH_(4)体积分数降低,CO_(2)体积分数升高;当前墙二次风开度/后墙二次风开度较小或较大时,均有利于降低NO,CO和CH_(4)排放量也较低;高含氮废木料掺烧比例由20%增至50%时,NO和CO_(2)排放量先升高后降低,CO和CH_(4)排放量先降低后升高。研究表明当前生物质循环流化床锅炉采用低过量空气系数控制NO_(x)排放时,CO和CH_(4)排放浓度显著提高,一方面降低了燃烧效率,另一方面CH_(4)作为温室气体排放也需引起关注;炉内燃烧调整手段对NO_(x)降低有限,高含氮燃料在不完全燃烧的情况下还会生成NH_(3)和HCN。

生物质循环流化床锅炉床温动态模型研究

为明确生物质循环流化床锅炉床温动态特性,建立更加适合生物质的循环流化床燃烧控制系统;通过分析生物质燃烧过程以及燃烧机理,基于即燃碳燃烧理论,建立床温动态模型,并对炉内温度场进行关联度计算分析。结果表明:计算的床温能够基本稳定在实际床温滤波值附近,且床温变化趋势和实际滤波床温相近,验证了模型的适应性和有效性;生物质循环流化床锅炉炉膛上下部的温度关联性差异与含氧量和炉膛温度有关,左右侧温度差异受烟气流量影响较大,在炉膛上部,物料浓度和受热面布置不均也是影响温度特性的重要原因。

燃煤耦合生物质循环流化床锅炉设计

环保要求日趋严格,燃煤机组碳减排势在必行。燃煤耦合生物质发电,是一种高性价比的火力发电厂碳减排方式。因此,以某型循环流化床锅炉为基础,开展了对燃煤耦合生物质火电装备的探索。

某电厂生物质循环流化床锅炉的设计

本文主要介绍了哈尔滨锅炉厂为某电厂自主研发设计的生物质循环流化床锅炉的整体布置及其设计特点。

双流化床生物质气化炉研究进展

生物质是重要的清洁可再生能源,双流化床生物质气化技术是将低品位的生物质能转化成高品位氢能的重要途径。本文阐明了双流化床气化过程的基本原理,从燃气中氢气浓度、焦油含量和装置热效率等角度,介绍了双流化床生物质气化技术的早期探索和发展现状,对目前几种典型双流化床生物质气化炉的炉型设计及相关试验研究进行了分析和总结。指出内循环双流化床气化炉结构虽然简单紧凑,但是难以避免气化室和燃烧室之间的气体串混问题;而外循环流化床通过外置返料器很好地解决了气体串混问题。分析了不同气化室优化设计方案对提升燃气品质的理论依据及其优缺点。最后对双流化床生物质气化技术的发展进行了总结和展望,指出双流化床生物质气化制氢具有非常广阔的工业化应用和发展前景。

生物质在隔板式内循环流化床中的气化

对隔板式内循环流化床气化炉的气化特性进行了研究。考察了一些主要参变量,如温度(600~850℃)、空气当量比(0.17~0.35)和内循环率等对气化结果的影响。在实验研究的条件范围内,生物质气体产气率在1.26M3/KG^1.9M3/KG(标准大气压下)之间变化。气体热值在3010KJ/M3~6195KJ/M3(标准大气压下)范围内变化。实验结果表明,这种气化炉在750~800℃时,气化效果最好,产气率为1.7~1.9M3/KG(标准大气压下),气体热值为6041~6195KJ/M3之间,气化效率可达70%。

生物质流化床气化炉气化过程的实验研究

在流化床生物质气化炉内 ,采用空气作气化剂 ,对七种农、林废弃物进行了气化实验研究。生成的燃气成分 :CO在 1 4 %～ 1 7%之间 ,H2 含量一般低于 1 0 % ,甲烷含量为 5%～ 1 0 %。燃气热值多数在 53 0 0～ 6 50 0 k J/ Nm3 ,气化效率 72 .6 %。实验结果表明 ,流化床生物质气化炉可用于生物质气化。