串联交替式炉膛高热值生物质气化炉数值模拟及试验研究

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1、第33卷第6期可再生能源Vol.33No.62015年6月RenewableEnergyResourcesJun.2015串联交替式炉膛高热值生物质气化炉数值模拟及试验研究朱茂葵，卿德藩，陈爱瑞，罗阳成，杨林（南华大学机械工程学院，湖南衡阳421001）摘要：对串联交替式炉膛高热值燃气生物质气化炉进行了研究，气化炉以木质颗粒为燃料、空气-水蒸气为气化剂，采用Fluent软件数值模拟了气化炉内水蒸气入口距离炉栅位置高度h、水蒸气入口流量Vs与空气入口流量V03个参数对燃气组分CO，H2和CH4体积浓度的影响。采用正交试验优化了上述3个参数，并试验测试了3个参数下燃气组分C

2、O，H2和CH4体积浓度及燃气热值。数值模拟与试验结果表明，当h为175mm，V0为0.92m3/h为1.33m33，比单一空气气化剂作用下提高了，Vs/h时，生物质燃气热值Q最大值为10.46MJ/m107.95%。关键词：串联交替式炉膛；生物质；气化炉；数值模拟；试验研究中图分类号：TK6；TK229.8文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）06-0926-07DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.06.020冷水入口气化炉0引言空气气化剂生物质能是自然界中的CO2和H2O通过光气化气合作用以化学能的形式贮存在生物质

3、上的能源。水蒸气气化剂生物质换由于生物质能最具发展前景，因此生物质气化技热燃气器储气罐术作为一种清洁的可再生能源利用技术得到了迅[1]速发展，如商业用途的美国Taylor和Silvagas的生物质燃气灶双流气化床气化炉和丹麦Carbona的鼓泡流化床鼓风机换向阀等；供热用途的中科院广州能源研究所的上吸式调速器GSQ-1100气化炉，家用的中国农业机械化研究图1串联交替式炉膛家用型生物质气化炉系统院的下吸式ND系列气化炉和下吸式HQ/HD-Fig.1Thehighcalorificvaluegasofthetandemalternation280气化炉等[2]，[3]。c

4、hamberbiomassgasificationsystem家用生物质气化炉通常采用单一的空气作为栅等几部分组成，并采用串联交替式炉膛结构，当气化剂来制备生物质燃气，气化反应生成的燃气一个炉膛进行气化反应生成生物质燃气时，燃气中氮气、焦油和灰分等杂质成分较多，造成生物质首先进入装有冷却水的夹套，经夹套冷却至低于燃气的CO，H2和CH4含量及其燃烧热值较低，如150℃后再进入另一个装有生物质原料的炉膛；何提高生物质燃气的燃烧热值成为了当前研究的与此同时，夹套中的冷却水吸收了燃气的热量变重点。本文采用水蒸气-空气作为气化剂，对提高成水蒸气，为气化反应提供水蒸气气化剂；冷却

5、后生物质燃气的体积浓度和燃烧热值进行了数值模的生物质燃气进入另一个炉膛过滤吸收生物质燃拟和试验测试研究。气中的灰尘、焦油、水蒸气成分；空气气化剂由鼓1串联交替式炉膛气化炉的结构与工作原理风机提供，并在气化炉的底部进入，再与水蒸气气串联交替式炉膛家用型生物质气化炉的结构化剂混合并参与气化反应。该气化炉采用空气-如图1所示。气化炉采用上吸式的工作方式，主要水蒸气作为气化剂既提高了燃气热值及其利用由供风装置、水蒸气供给装置、换热装置、炉盖、炉率，又减少了能耗和对环境有害成分的产生。收稿日期：2014-09-08。基金项目：湖南省科技计划项目（2013GK3154）。作者简介：

6、朱茂葵（1989-），男，硕士研究生，研究方向为可再生能源及高效节能技术。E-mail：maokuizhu123@163.com通讯作者：卿德藩（1963-），男，教授，硕士生导师，主要从事强化传热及其工程应用研究。E-mail：qingdefan@163.com·926·朱茂葵，等串联交替式炉膛高热值生物质气化炉数值模拟及试验研究本文采用水蒸气-空气作为气化剂进行气化③生物质燃料颗粒的大小形状均相同，其灰反应以解决燃气热值低的问题，因为以水蒸气-分为惰性物质，不参与气化反应；空气气化剂进行气化反应既可以保障生物燃料与④在气化反应过程中，全部的气相反应速率空气中O2进行

7、氧化反应，并为其它的反应提供热都很高，瞬间达到平衡；量，又可以减少空气需求量，同时水蒸气参与气化⑤生物质燃料中C伴随条件变化不完全转反应提高了H2，CO和CH4等可燃气体成分的含化，而H，N，S，O则全部转化为气体。量，提高了燃气热值。双炉膛家用气化炉中进行化基于以上假设，燃烧反应仍然遵循质量守恒、[4]，[5]学反应的方程式如下：动量守恒、能量守恒三大定律以及组分转换和平→[9]~[12]→2C+O2→2CO衡等基本规律。→→→C+O→CO3数值模拟结果与分析→22→→→→C+CO2→2CO3.1网格划分→→→→C+H2O→CO+H2为