生物质气化过程的模型分析及仿真研究.pdf

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1、轻工科技20l3年9月第9期(总第178~)LIGHTNDusTRYsCIENcEANDTECHNOLOGY计算机与信息技术生物质气化过程的模型分析及仿真研究王鹃鹏(华北电力大学自动化系，河北保定071003)【摘要】分析生物质气化过程的数学模型，对气化过程进行简单的仿真研究，模拟多种工况下，系统的输入量如生物质量、含水量、当量比等同生物质燃气产量之间的变化情况；利用计算仿真软件LABVIEW丰富的图形界面工具和强大的计算功能，对系统编程计算，并建立仿真界面，输出结果同文献数据基本吻合。【关键字】生物质；模型；工

2、况；仿真【中图分类号】TP339【文献识别码】A【文章编号]2095—3518(2013)09—84—03能源是人类生存与经济发展的物质基础，然而随着世界经假设空气的组成为21％O，79％N：。济持续、高速地发展，能源短缺、环境污染、生态恶化等问题逐渐(2)假定生成的气化气成分为H，CO，CO：，H：O，CH4，N，且加深，能源供需矛盾日益突出，开发利用新型能源迫在眉睫。生均为理想气体。物质能是一种可再生能源，它作为化石能源的补充能源，具有储(3)气化炉中的碳最终全部以CO，CO：，cl{4形式存在于气量大、资源

3、分布广、环境影响小、可以持续利用等特点，近年来正态产物之中，空气中氧气全部参与反应，氮全部参与反应，并最在引起人们的广泛关注。终全部生成N，与空气中的氮一起混入气态产物之中。据有关资料统计，世界上每年由植物光合作用而储存的能(4)化学反应最终处于稳定的化学平衡状态，燃烧产生的杂量达3×10J，这些储能相当于地球每年能源消耗量的lO倍】。质不影响产生的气体组分，直接进入灰分中，且气化后气体的流在化石能源日益短缺的今天，大力发展可再生能源成为社会普动稳定均匀。遍关注的焦点，生物质能每年的生产量巨大，分布在世界各地，由

4、以上假设条件，生物质气化过程总的反应式可表示为川：而其作为能源的利用量还不到其总数的1％，有着巨大的发掘潜CH,Ob+mO2+wH20(1)+3．76mN2—xlH2+x2CO+x3CO2+)【4H2O+力。x5CI-L+3．76mN2生物质气化是洁净利用生物质能的有效方法之一，是生物式中m是化学当量比ER(当量比=实际供给的空气量／完全质能利用的一种重要技术手段，它可以在不产生污染的情况下燃烧的理论空气量)的函数；w为生物质水分含量，即1mol生物把生物质能转化为高品质燃气，另外它有着较高的利用效率，气质所含水

5、分的摩尔数；x为l摩尔生物质生成的各种气体组分的化后的利用率是直接燃烧的3—5倍，生物质气化技术已成为我摩尔数。国能源及农业发展领域的一个热点内容)。由质量守恒方程得：本文利用LABVIEW的图形和计算功能，对生物质气化过Ng(Yco+Yco2+YcH4)(1)程进行静态仿真，首先分析了生物质气化过程的数学模型，然后No2=N~(O．5Yco+Yco2+0．5YH20)(2)利用LABVIEW系统仿真思路和各个模块的实现，最终得出了N．2=N,fY．2+YH20+2cⅢ)(3)仿真的测试结果和结论。NN2=Ng*

6、YN2(4)其中，N分别为各种输入组分的摩尔量，Y·为输出气体组1生物质气化炉的数学模型分的百分比数，Ng为气化过程生成的生物质气总摩尔量。生物质气化过程是将化学能的载体从固态转变成气态，是根据道尔顿定律，各摩尔百分数满足：指在一定的热力学条件下，使生物质发生不完全燃烧，最终得到YII2+Yc0+Yc∞+YcH4+YN2+Ym0=l(5)CO、CI-L、等可燃气体，这些燃气体燃烧则可进一步释放出内同时，文献中分析了化学反应过程中的各种反应式，采用计部的化学能嘲。量系数法，最终选取了2个反应等效为系统最终的独立反应

7、：针对生物质循环流化床，在已知生物质量，当量比，含水量CO+H20—}CO2+H2+△H：AH=-43．514KJ／mol的条件下，文献嗍给出了生物质气化的预测模型。生物质的主要C+H厂+CH4+AH；AH=．752．400KJ／mol成分包括c、H、0、N、s，考虑到生物质中s和N的所占比例相对其中AH为化学反应过程中的热效应，由上文的所有反应偏少，为了简化计算过程，文中将生物质化学式表示为CH,O~，气都达到平衡状态的假设，得到反应过程的化学平衡常数KI、K2，化炉生成的生物质气体主要包括H：，CO，CO：，

8、HO，CH4，N。文献嘲中给出了常数的计算公式如下：文献中给出了以下几个假设条件：y2Kl=(6)(1)假定气化过程在一个标准的大气压力(101KPa)下进行，【作者简介】王鸡鹏(1986一)，男，河南平顶山人，硕士研究生，研究方向：复杂系统建模与仿真。84