层式固定床生物质气化过程研究开题报告

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1. 研究目的与意义

随着世界能源需求的日渐增长，煤炭、石油等化石能源的消耗量也逐年递增。面对能源枯竭和环境污染等一系列问题，清洁能源的开发和利用迫在眉睫。生物质作为一种可再生的清洁能源，越来越受到了重视。

生物质能源是人类最早利用的能源，也是最直接的一种能源。在工业社会之前，生物质在人类生活中主要作为生活燃料。而现代生物质能技术包括热化学转换和生物化学转换两大类。热化学技术因其与化石燃料技术的强大的兼容性，致使其在许多方面可以替代化石燃料，从而可以实现可持续发展和低碳排放，所以得到了人们的重视。生物质能是指蕴藏在生物质中的能量，属于可再生能源，通常包括木材及森林工业废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市生活垃圾及工业废弃物、排泄物等。生物质从广义上讲是植物通过光合作用生成的有机物，最初来源是太阳能，这部分能源是太阳能的多种自然转换形式中唯一可被储存起来的能源。生物质中储存的能量十分巨大，据相关专家估计，地球上每年生长的生物质能总量约1400~1800亿吨（干重），相当于目前世界总能耗的10倍。生物质能占全世界总能耗的14%，在中国占一次能源的15%左右。

生物质能，主要是将部分生物质作为一种能源，设法将其中所储存的化学能全部地、集中地释放出来，从而满足人类对能源的需求。生物质能既不同于常规的化石能源，也有别于其他的新能源，它具有二者的优势和特点。生物质能的主要特点有：①大量性和普遍性，生物质普遍而廉价，取材容易，生产过程简单；②可再生，只要太阳能存在，绿色植物的光合作用就不会停止，生物质能就不会枯竭；③清洁性，科学合理地使用生物质能不仅不会污染环境，还有益于环境。

2. 国内外研究现状分析

下吸式气化炉中生物质气化过程较为复杂，含水率、空气当量比及生物质原料种类都是该过程重要的影响因素。生物质热解气化过程的影响因素的深入了解，同时对气化过程进行数值模拟，以此来获得最佳工况条件，对提升燃气品质、节约试验成本有相当重要的作用。

盖超认为不同空气当量比对气化反应会产生影响，并在此基础上，进一步采用了多维数值模拟方法解析气化过程中炉内的温度场的分布特性。他先通过质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程以及化学组分传输方程来建立湍流模型，再建立空间连续的三维计算区域并进行离散网格化生成网格模型，最后带入边界条件来求解不同空气当量比对炉内温度场的影响。他将固定床生物质床层描述为多孔介质，数值解析了固定床气化的热态反应过程，并与气化实验得到的结果进行比较。

刘吉普以高效生物质气化炉为基础，设计测量炉内温度场的实验装置，从而对炉体结构的不足进行了分析并提出了改进方案。他设计了一套能方便测量炉内温度场的实验装置，他将炉内的各个区间进行详细的分层，将氧化还原反应区分为6层，裂解干燥层分为3层，并在不同层之间插入热电偶来测炉内温度场的变化，以此来得到气化炉内详细的温度场变化。他的实验表明，炉体内的温度场分布不均匀，温度场偏向进风口和排气口，这与进风口和排气管的布置有密切关系。风机空气进口分配的风量不相等，靠近风机进口的风管获得的风量大，燃烧充分，温度就高。最后，他提出了一系列措施来优化风机对炉内温度场的影响，其中包括让风机打入的空气先进行环流分布和预热再进入炉内，避免进风和排气不在同一轴线上而出现燃烧偏离的现象等一系列措施。

3. 研究的基本内容与计划

不同气化状况会对最终结果产生不同的影响，而这些影响可能是正面影响也可能是负面影响。为了能进一步研究能优化层式固定床气化炉的影响因素，本文进行层式固定床生物质气化过程研究。通过研究层式固定床气化过程的不同层的特征研究，来区分气化炉中不同的层，以及研究气化过程分区特征的主要影响因素和气化过程的动态过程研究。同时，进行两种不同生物质之间的对比和不同引风机条件下的对比。最终建立气化过程与生物质可燃气品质之间的关系，为层式固定床生物质气化工艺的优化提供科学依据。

4. 研究创新点

通过层式固定床的气化过程来区分区分不同层之间的特征以及气化过程中分区特征的影响因素。主要特色有：在固定引风机风量条件下，使用2种不同的生物质原料来进行对比，从而来研究生物质原料的特性因素；不仅仅使用单一引风机风量而是使用不同的引风机风量来探究风量对气化过程的影响。同时，还会对气化过程的动态过程进行研究，从传热方面来进行生物质气化过程动态特性的分析。