生物质气化过程的热力学模型研究

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1、２０１０年９月农业机械学报第４１卷第９期ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１２９８．２０１０．０９．０１７生物质气化过程的热力学模型研究１，２１２２２３闫桂焕孙奉仲孙荣峰关海滨姜建国许敏（１山东大学能源与动力工程学院，济南２５００６１；２山东省科学院能源研究所，济南２５００１４；３山东省生物质气化技术重点实验室，济南２５００１４）【摘要】在综合考虑系统散热和碳不完全转化等因素的情况下，基于物质平衡、能量平衡和化学反应平衡建立了生物质气化过程热力学模型，并用ＮｅｗｔｏｎＲａｐｈｓｏｎ方法对模型进行了求解。模型

2、计算结果与文献数据基本吻合。最后，利用所建模型分析了空气预热温度、原料含水率、反应温度、空气当量比对气体成分、热值等指标的影响程度。关键词：生物质气化热力学平衡模型中图分类号：ＴＫ６；ＴＫ１２３文献标识码：Ａ文章编号：１０００１２９８（２０１０）０９００８５０５ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＴｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃＭｏｄｅｌｏｆＢｉｏｍａｓｓＧａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓ１，２１２２２３ＹａｎＧｕｉｈｕａｎＳｕｎＦｅｎｇｚｈｏｎｇＳｕｎＲｏｎｇｆｅｎｇＧｕａｎＨａｉｂｉｎＪｉａｎｇＪｉａｎｇｕｏＸｕＭｉｎ（１Ｓｃｈｏｏｌ

3、ｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ２５００６１，Ｃｈｉｎａ２ＥｎｅｒｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＳｈａｎｄｏｎｇＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｊｉ’ｎａｎ２５００１４，Ｃｈｉｎａ３ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＢｉｏｍａｓｓＧａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＳｈａｎｄｏｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅ，Ｊｉ’ｎａｎ２５００１４，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＣｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｃａｒｂｏｎｐａｒｔｉａｌｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎａｎｄｈｅ

4、ａｔｌｏｓｓｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ，ａｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｏｆｂｉｏｍａｓｓｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂａｓｅｄｏｎｍａｓｓｂａｌａｎｃｅ，ｅｎｅｒｇｙｂａｌａｎｃｅａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ，ｗｈｉｃｈｗａｓｓｏｌｖｅｄｗｉｔｈＮｅｗｔｏｎＲａｐｈｓｏｎｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｍｏｄｅｌｉｓｖａｌｉｄａｔｅｄｂｙｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｗｉｔｈｔｈｅｌｉｔｅｒａｔｕｒｅｄａｔａ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆａｉｒｐｒｅｈｅａｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｍｏｉｓｔｕｒｅｃｏｎｔｅｎｔ

5、，ｒｅａｃｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅｒａｔｉｏｏｎｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙｔｈｅｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｄｅｔａｉｌｅｄｐｒｏｃｅｓｓｏｆｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｖａｌｕａｂｌｅｆｏｒｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｂｉｏｍａｓｓｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＢｉｏｍａｓｓ，Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ，Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ，Ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｍｏｄｅｌ动力学模型是从气化机理出发，综

6、合考虑气化引言反应动力学特性和流体力学特性，比较符合实际，但生物质气化过程反应机理非常复杂，包括分子是由于气化过程非常复杂，若干中间产物结构及反［２～４］键的断裂、异构化和分子聚合等反应，既有同相反应应机理尚无定论，目前尚无公认的模型。热力又有异相反应，涉及到热力学、流体力学、传热传质学模型又称零维模型，是将整个气化过程作为一个和化学反应动力学等学科，因此要想建立一种精确黑匣子处理，假定气化过程中的多个异相和同相化［１］完善描述整个过程的数学模型是很困难的。根学反应在离开反应器时都达到化学平衡状态。但是据学者研究侧重点的不同，模

7、拟气化过程的数学模在实际条件下一些反应很难达到平衡状态，因此往型分为两类，即平衡模型和动力学模型。往造成部分燃气成分理论计算值与试验值存在较大收稿日期：２００９１２０４修回日期：２０１００３０９“十一五”国家科技支撑计划资助项目（２００６ＢＡＤ０７Ａ０３０２）、国家“８６３”高技术研究发展计划资助项目（２００９ＡＡ０５Ｚ２１４）和山东省自主创新重大专项（２００６ＧＧ１１０７０１０）作者简介：闫桂焕，博士生，山东省科学院高级工程师，主要从事生物质能技术研究，Ｅｍａｉｌ：ｙａｎｇｕｉｈｕａｎ＠１６３．ｃｏｍ通讯作者：孙奉仲，教授

8、，博士生导师，主要从事电站热力设备节能技术研究，Ｅｍａｉｌ：ｓｆｚｈ＠ｓｄｕ．ｅｄｕ．ｃｎ８６农业机械学报２０１０年［５～７］［８］偏差。Ｌｉ等在纯平衡理论模型基础上，结合剩余碳。根据输入输出物质能量平衡原则可得试验结果考虑碳未完全转化情况而引入非平衡当量ｎ（