Газификация растительной биомассы в газогенераторах кипящего слоя

• Автор: Алешина, Алена Сергеевна
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 165 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. Предпосылки энергетического использования растительной биомассы..
1.1. Ресурсы растительной биомассы
1.2. Особенности растительной биомассы как топлива
1.3. Технологии энергетического использования растительной биомассы
1.4. Технологические схемы и установки газификации растительной биомассы
2. Анализ технологии и аппаратов газификации растительной биомассы в кипящем слое
2.1. Виды газогенераторов кипящего слоя
2.2. Технические характеристики растительной биомассы
2.3. Технологические схемы использования газогенераторов кипящего слоя
2.3.1. Технология совместного сжигания угля и генераторного газа, получаемого в газогенераторе циркулирующего кипящего слоя “РугоАо¥”
2.3.2. Электростанция с газогенераторами кипящего слоя под давлением и парогазовым циклом
2.3.3. Газогенераторная ПГУ-ТЭС на растительной биомассе «Уагпато»
2.3.4. Электростанция с двухступенчатым газогенератором на растительной биомассе «Ой88Іп§»
2.3.5. Уазкіїиосіоп Уоіта, г. Вааса - крепнейшая в мире газогенераторная электростанция на древесине
3. Разработка моделей процесса газификации растительной биомассы в газогенераторах кипящего слоя
3.1. Кинетическая модель

3.2. Модель термодинамического равновесия
3.3. Модель, основанная на соотношении С0/С02 в генераторном газе
3.4. Технические характеристики газогенераторов кипящего слоя
3.5. Конструктивные характеристики газогенераторов кипящего слоя
3.6. Оценка термической эффективности газогенератора
4. Экспериментальные и расчетные исследования процесса газификации растительной биомассы в газогенераторах кипящего слоя
4.1. Экспериментальный стенд с газогенератором кипящего слоя
4.2. Расчет процесса газификации растительной биомассы в газогенераторах кипящего слоя
4.2.1. Воздушная газификация растительной биомассы
4.2.2. Паровая газификация растительной биомассы
5. Современные технологии энергетического использования генераторного газа
5.1. Парогазовая установка с газогенераторами кипящего слоя
5.2. Производство синтетического природного газа путем газификации растительной биомассы в газогенераторе кипящего слоя
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Мировое потребление энергии постоянно увеличивается по ряду причин, основные из которых - рост численности населения, улучшение качества жизни, индустриализация и быстрый экономический рост развивающихся стран. Ограниченность традиционных топливных ресурсов и прогнозы об их скором исчерпании заставляют задуматься о поиске альтернативных источников энергии. Роль энергетики на основе возобновляемых ресурсов (энергия солнца, энергия ветра, энергия биомассы и т. д.) неуклонно растет.
Среди топливно-сырьевых источников потенциально мощнейшим на планете является биомасса. Ежегодный прирост только растительной биомассы (в топливном эквиваленте) составляет 3,0-1018 кДж, в то время как годовое потребление нефти, газа и угля в мире находится на уровне около 5,1-Ю17 кДж [1].
Впервые определение биомассы как «любого органического вещества, доступного на возобновляемой основе, включая сельскохозяйственные культуры и отходы, древесину и древесные остатки, отходы животноводства и бытовые отходы» было сформулировано в 1980 г. В настоящее время в странах Европейского Союза биомасса определяется как «биоразлагаемая часть продукции, отходов и остатков сельского хозяйства (растительного и животного происхождения), лесного хозяйства и смежных отраслей, а также органическая часть промышленных и бытовых отходов» [2].
В России в соответствии с ГОСТ «биомассой называют все виды веществ растительного и животного происхождения, продукты жизнедеятельности организмов и органические отходы, образующиеся в процессах производства, потребления продукции и на этапах технологического цикла отходов» [3].
Таким образом, исходя из рассмотренных определений, можно выделить группы ресурсов, относящихся к биомассе:
-растительная биомасса, образующаяся на основе фотосинтеза и включающая различные виды растений;

пользуемой технологии. Пройдя систему топливоприготовления, биомасса подается в газогенератор. На первом этапе происходит испарение влаги, содержащейся в топливе. При дальнейшем нагревании частицы топлива до температуры пиролиза - порядка 250 °С, связанная вода удаляется из закрытых клеток древесины в виде пара.
Продуктами пиролиза топлива являются:
- газы (Н2, СО, С02, Н20, СН4);
- смолы - вязкое, коррозионно-активное вещество, состоящее из органических и неорганических молекул;
- углистый остаток (кокс), состоящий в основном из углерода топлива.
Таким образом, реакцию пиролиза можно представить в следующем виде:
Биомасса + Тепловая энергия = Г азы + Смолы + Кокс.
Если газ, выделившийся при пиролитическом разложении древесины, подвергнуть нагреву до 1100-1200 °С, то большая часть смолы, содержащейся в газе, распадется на простые углеводороды. Состав продуктов пиролиза топлива зависит от нескольких факторов, основными из которых являются температура и скорость нагрева.
Следующей стадией процесса является собственно газификация топлива. В качестве газифицирующего агента может использоваться воздух, чистый кислород, водяной пар, а также смесь этих газов. Если процесс газификации происходит только за счет кислорода воздуха, то получается так называемый воздушный газ по реакции:
2С + 02 + 3,76М2 —» 2СО + 3,76 И2. (1.1)
Этот газ состоит преимущественно из оксида углерода и азота, переходящего из воздуха, а также из некоторого количества углекислоты. Теплота сгорания такого газа равна 3,5—4,8 МДж/м3.
При газификации чистым кислородом получаемый генераторный газ практически не содержит азота, а его теплота сгорания увеличивается до 10-15 МДж/м3: