【摘 要】
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近年来随着化石能源的日益短缺,生物质能作为一种清洁的可再生能源,逐渐引起人们的广泛关注。在生物质的众多利用方法中,热化学转化的方法成为一种有效利用生物质的方式。而在热化学转化中,生物质气化是一种将生物质能转化为高品位能源的有效方式。然而,生物质气化过程中也伴随着能耗高,能量利用率低、热污染严重等问题,严重制约着其大规模应用。因此,在保证产率的同时如何提高热能的利用效率成为了研究的重点。本研究使用过
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近年来随着化石能源的日益短缺,生物质能作为一种清洁的可再生能源,逐渐引起人们的广泛关注。在生物质的众多利用方法中,热化学转化的方法成为一种有效利用生物质的方式。而在热化学转化中,生物质气化是一种将生物质能转化为高品位能源的有效方式。然而,生物质气化过程中也伴随着能耗高,能量利用率低、热污染严重等问题,严重制约着其大规模应用。因此,在保证产率的同时如何提高热能的利用效率成为了研究的重点。本研究使用过程模拟软件Aspen Plus建立生物质气化模型,将生物质气化原理和Gibbs最小自由能原理相结合,对生物质气化过程中的不同的操作参数对气化特性的影响进行了研究分析,以确定生物质气化的最优条件（合成气的品质—气体组成）;随后在最优条件下,通过利用出口合成气对生物质原料和气化剂进行加热的方式对系统进行优化,为生物质气化系统的设计提供参考。以两种不同的生物质橡木和牛粪为原料进行了模拟。研究了气化炉温度分布、蒸汽/生物质比、以及气化压力对合成气产气组成、合成气热值（LHV）和H2/CO比的影响。研究表明,温度的增加能够提升H2和CO含量,但当温度升高到750℃以后反应逐渐趋于稳定,H2含量开始趋于稳定并略微有所下降。从能耗和合成气品质考虑,最佳温度选择为750℃。随着水蒸气流量的提高,H2含量持续增加,CO含量有所下降。H2/CO和气体产量持续增加,过多的水蒸气加入是一种浪费,因为那样需要更多的能量来维持温度。因此水蒸气/生物质比为1时认为是最佳。反应器压力对合成气分布影响较小,所以在常压下运行气化炉是合理的选择。对生物质气化系统进行了能流研究。分别研究了生物质气化温度、蒸汽/生物质比以及压力对系统热负荷的影响。气化温度的提高会造成统热负荷的升高,在600-800℃之间提升较快,然后趋于缓慢。蒸汽/生物质比的升高会造成系统热负荷持续升高。压力会造成系统热负荷的降低,但降低较少,影响并不明显。最后采用回热的方式对系统能流优化进行了研究。单独预热生物质与气化剂（蒸汽）进行回热时,预热气化剂能够有效减少系统热负荷,蒸汽的产生发生相变能消耗大量的合成气能量,减少系统热负荷,系统热负荷最终降为1.85 k W,减少了31.7%。利用合成气对气化系统入口的生物质和气化剂进行梯级预热来进行回热,不仅可以同时预热生物质和气化剂,还可以有效地降低系统热负荷。但是梯级利用先预热生物质时,生物质预热温度不应高于260℃。梯级利用先预热气化剂时,气化剂的预热温度应高于其沸点（100℃）。
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