文档介绍：河北工业大学
硕士学位论文
生物质循环流化床气化炉实验及数值模拟研究
姓名:刘鑫
申请学位级别:硕士
专业:化工过程机械
指导教师:陈文义;范晓旭
2011-05
河北工业大学硕士学位论文
生物质循环流化床气化炉实验及数值模拟研究
摘要
循环流化床生物质气化技术是一种先进的生物质能利用形式,其原料适应性广、处理
量较大、可连续生产,其研究和应用对解决能源与环境问题具有重大的意义。
本文对提升管内径 100mm,高度 5m 的生物质循环流化床气化炉进行实验及数值模拟
研究。通过冷态实验可知,引起系统循环量增大的因素有:一次风量的增大;颗粒粒径的
减小;床内含料量的增多。引起提升管内压降增大的因素有:一次风量的减小;颗粒粒径
的增大;床内含料量的增多。本文还对稻壳、锯末、棉杆颗粒料进行了流化性能测试实验,
并通过添加河沙床料的方法改善了它们的流化性能。
本文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
流体粒子模型,采用 Gidaspow 相间动量交换模型,对生物质循环流化床气化炉在不同工
况下的气固流动情况进行了模拟计算。模拟中得到的颗粒速度矢量图,证实了管内大尺度
内循环的流动结构;得到了提升管内轴向和径向截面的颗粒体积分数图以及床内不同高度
横截面的平均压力分布曲线。由模拟结果看出:提升管底部密相区颗粒体积分数较大,也
是管内压差较大的部分,而提升管中上部过渡区和稀相区内颗粒体积分数较小且变化幅度
很小,此部分压降也很小;整个循环流化床气化炉内形成了压力回路,使固体颗粒能够稳
定地在床内循环;床内颗粒会形成尺度不一的团聚物,其会在短时间内形成并消散。
热态气化运行实验以棉杆颗粒料为原料,以河沙作为床料。稳定运行时炉内温度较为
平均且保持稳定;产品气在空气中能够稳定燃烧;产品气热值较低;由于气化炉规模较小,
热损失较高,其他气化指标所显示的气化性能中等。
关键词:生物质,气化,循环流化床,数值模拟
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生物质循环流化床气化炉实验及数值模拟研究
Experimental study and Numerical Simulations of
Biomass Circulating Fluidized Bed Gasifier
ABSTRACT
Biomass circulating fluidized bed (CFB) gasification technology is an advanced form of
biomass energy utilization, which is of wide-range adaptability, great capacity and continuous
productivity. The study and application of this technology are of significant importance to solve
the problem of energy and environment.
In this paper, the experiments and numerical simulations are taken on the biomass
circulating fluidized bed with 100mm inner-diameter and 5m height. Through the study of the
cold model experiments, the factors causing the increasing of pressure gradient of the riser are:
increasing of primary air volume; decreasing of particles’ diameters; increasing of solid
inventories. The factors causing the increasing of system circulating mass volume are:
decreasing of primary air volume; increasing of particles’ diameters; increasing of solid
inventories. It also takes experiments of fluidized performances of different biomass materials
such as rice husk, saw dust, cot