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生物质热解气化通过热化学反应,将固体生物质转化为气体燃料,产气可用于供气、发电或集中供热。常规的生物质热解气化技术存在的问题有:产气焦油含量高、废水难于处理等。其中,焦油含量高是生物质热解气化技术的最主要问题。本文提出采用旋风炉对生物质进行高温分级热解气化的工艺方案,通过生物质高温旋风分级热解气化工艺大幅降低生物质气化产气中焦油的含量,以期解决上述问题。本文针对生物质高温旋风分级热解气化工艺中的关键技术问题进行了研究,开展以下研究工作:应用Aspen Plus建立了生物质高温旋风分级热解气化工艺流程模型,对稻壳水蒸气气化进行了流程模拟,验证了上述工艺方案的可行性。通过模拟,得到燃烧15.4%-20.5%的产气份额可实现生物质高温旋风分级热解气化工艺流程的热量自给。基于RSM模型对生物质高温旋风分级热解气化炉单相流场进行了数值模拟和结构优化,并通过冷态实验进行了验证,确定高温旋风分级热解气化炉入口采用双对称进气口倾角为30°、排气管不插入旋风筒的形式。利用升降炉制取典型生物质焦,研究了制焦温度、升温速率、停留时间对焦产率的影响,利用扫描电镜和比表面积分析仪分析了生物质焦的形貌特征、孔隙结构、吸附特性:生物质原料的比表面积很小,吸附特性很差,生物质焦的比表面积随制焦温度的升高迅速增加,制焦温度1000o C的稻壳焦和木屑焦的比表面积分别为315.59m2/g和590.41m2/g。研究了生物质焦高温水蒸气气化反应特性。建立了气化反应实验台,实验分析了温度、水蒸气流量、反应时间和制焦温度对转化率和产气成分的影响,并进行了反应动力学分析:温度是影响转化率和产气成分的主要因素,高温有利于提高生物质焦的转化率和氢气比例,缩核反应模型表面反应控制可以描述稻壳焦和木屑焦的水蒸气气化反应特性。对单颗粒生物质焦气化和固定床气化炉内气化过程进行了数值模拟,研究了温度、压力、粒径对单颗粒生物质焦水蒸气气化及气化炉内气化过程的影响:颗粒直径下降,温度升高,水蒸气分压提高,转化率、产气热值相应提高;颗粒边界处温度和外界环境处于准静态对流,热量由外部向内部传导,随着温度降低,气化反应达到平衡。