燃烧子模型及焦炭燃烧反应特性分析

燃烧阶段的反应主要是焦炭的燃烧。这部分氧气扩散到焦炭内发生燃烧反应不可忽略。式中，k0为频率因子；Tm为碳颗粒表面温度与流化床床温的算术平均值；Ec为焦炭的活化能。式中，Dg为氧的扩散系数；Sh为宣乌特数，它反映了焦炭颗粒边界层的气体传质对燃烧的影响。

理论教育 2023-06-25

密相区传热模型优化分析

基于密相区的流动模型，其传热模型一般参考的是鼓泡床传热模型。密相区总传热系数由乳化相的对流传热系数、乳化相的辐射传热系数和炉膛结构特性系数组成：式中，ξ为炉膛结构特性系数；hed为乳化相的对流传热系数；hef为乳化相的辐射传热系数；hw为总传热系数。颗粒与壁面之间的接触热阻R1按式进行计算：式中，ρe为乳化相的密度；Ce为乳化相的比热；λe表示乳化相的有效导热系数。

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稀相区内固相质量平衡模型优化方案

如前文所述，密相区中固体颗粒全部进入核心区，环形区中的固体颗粒是其与核心区发生质交换得到的，其质量平衡示意图如图4.8所示。在稀相区中环形区固相的质量平衡方程可表示为：式中，Cann，ch为环形区的焦炭摩尔浓度；Aann为环形区的面积；εann为环形区的空隙率；upa为环形区颗粒速度。图4.8稀相区微元体固相的质量平衡示意图前文中的F和F0是分别指的是床层夹带速率和床层表面处的夹带速率，是做稀相区固体质量平衡计算的初始值。

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炉内颗粒相互作用导致的多区温度模型

一般认为，在密相区内，颗粒的浓度较高，炉内的传热以颗粒的热传导为主、气体热对流为辅，而在稀相区则不同，由于颗粒浓度较低，在该区域内的传热以气体的热对流为主。这主要是由于稀相区中少量固体颗粒的存在导致的气体扰动，使气流处于湍流状态，因此加强了对流传热。由于温度对密相区和稀相区的反应机理会产不同的影响，因此下面依据上述介绍的模型特点，分别介绍密相区和稀相区的常规模拟方法。

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生物质与煤复合串行气化过程：模型验证

表5.1模型中输入的数据续表*该模型设定的床高为2 m，但是具体到密相区、稀相区的每个反应区间高度是随着B／C的值而变化的，本表中的各区域的高度数据是B／C＝4时的参数。在模型中输入该温度值，可计算出对应的密相区生物质气化和稀相区的温度。图5.1模拟值和实验结果之间的比较总的来说，模拟结果与实验值之间能够较好地吻合。

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《生物质与煤复合串行气化系统的热力学平衡模型及优化调控研究》

本书共分为6章：第1章介绍了本书的研究背景以及相关的研究方法综述和研究内容。第2章介绍生物质与煤复合串行气化系统的工艺流程，建立面向工程应用领域的生物质与煤复合串行气化过程的热力学平衡模型。该模型预测精度较高且消耗较少计算资源。第3章将热力学平衡模型模拟结果与实验结果相对比，验证模型的准确性后，对各操作参数对模拟结果的影响进行了分析并给出了最佳操作条件。

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热力学平衡模型的描述

这两大子模型又分别包括煤热解模型、煤焦炭燃烧模型、煤焦炭气化模型、生物质气化模型，再结合质量平衡方程和能量平衡方程，于是组成了生物质与煤复合串行气化过程的热力学平衡模型。图2.3生物质与煤复合串行气化的气化阶段原理下面对热力学平衡模型中所涉及的各个子模型进行详细分析。

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工作展望：生物质气化中甲烷的CO2重整反应及其环保效益分析

例如，图6.1中与氢角相对的三角形底边表示H2浓度为零，即碳和氧的二元混合物。快速热解将其移向H2，而远离O2，这意味着液体产物更高。图6.1生物质的C－H－O三元图表示的气化过程如果将O2用作气化剂，则转化路径向氧角移动。甲烷的CO2重整反应（6.4）在工业应用上不像蒸汽重整那样广泛使用，但是它具有一个非常重要的特点，那就是在同一反应中可以减少两种温室气体。

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热力学平衡模型的模拟结果验证与实验数据比较

模型的模拟结果是否准确需要通过实验进行检验，本书所建立的热力学平衡模型的模拟结果将与相关文献进行对比验证其准确性。表3.1木屑和煤的工业分析、元素分析和低位热值分析表本模型研究所需要输入的数据见表3.2。表3.2热力学平衡模型的初始数据①1 bar＝1.01×105 Pa。为了验证热力学平衡模型的准确性，将模拟结果与实验数据进行比较，不同工况下气体产物的体积分数的模拟值与实验值对比。

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现状与未来：生物质能的利用前景

图1.11990—2016年中国GDP和能源消耗总量之间的关系化石能源的总量有限，且难以在短期内再生，核能存在一定的安全风险，生物质能将成为未来能源发展的主要趋势。图1.21990—2016年中国能源消耗总量与CO2排放量之间的关系通过光合作用形成的有机体称为生物质。图1.5生物质能转化的技术路线1.直接燃烧自古以来最常见的生物质能利用方式就是直接燃烧。

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生物质与煤复合串行气化过程：主要研究内容及结论分析

本书的研究内容和结论主要包括下面几个方面：本书提出了生物质与煤复合串行气化方法，在该气化方法中分为燃烧阶段和气化阶段，这两个阶段在同一炉内进行。随着温度的升高，H2浓度增加；CO浓度随温度的升高而增加；CO2浓度随温度的升高而降低；CH4浓度略有下降。

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气化炉内能量平衡与热量输入输出方程式详解

根据系统输入物质与输出物质能量守恒的原则得到能量平衡方程，气化炉内能量的平衡示意图如图2.7所示。在能量平衡方程中输入的热量包括6项，输出的热量也包括六项，具体的形式下面一一列出。图2.7气化炉内能量的平衡示意图1.热量输入项Qin，1：煤的化学热。式中，cpbiomass为生物质的比热容，本书实验部分所使用的生物质为木屑，其比热容为0.762×10－3 MJ／；Tarbiomass生物质的收到基温度（℃）。式中，Tair为空气温度（℃）；d为含湿量。

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国内外热力学平衡模型的研究进展

热力学平衡模型依据发生反应的热力学平衡而建立，通过合理的假设，热力学平衡模型可以确定气化系统的热力学状态，并能预测不同参数对气化结果产生的影响。许多科研人员已成功地使用热力学平衡模型对流化床气化工艺进行建模。热力学平衡模型被用于研究这些参数对气化产物的影响，并且在大多数情况下与实验结果一致。

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多区温度模型设计与分析

表4.5多区温度关联式中的系数图4.7为依据多区温度关联式所绘制的气化阶段各区温度之间的关系，图中T1－T2温度关系曲线和T1－T3温度关系曲线分别位于图中的Ⅰ和Ⅱ象限。二是图4.7中T1－T2温度关系曲线和T1－T3温度关系曲线都是二次曲线，即随着T1的增加将会导致T2和T3的增加更多，所以提高T1的温度能有效地提高炉内的整体温度。图4.7多区温度之间的关系T1－T2和T1－T3温度关系曲线；炉膛内温度分布示意图

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密相区流动的子模型介绍

图4.2气泡相区域的结构针对流化床气化炉这个多气泡系统，其分析的基础是在对单个气泡分析的基础上发展而来的。根据气泡上升速度与乳化相的颗粒间隙气体流速的大小，可将气泡流动模式分为快气泡和慢气泡。最大气泡直径db，max用式来表示：2.密相区的特性密相区高度。流化床中密相区的高度并非投料高度，之所以热态运行时床层将会膨胀，主要是因为乳化相会受热膨胀。

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S/B对气化结果的影响分析

本书研究了不同S／B值下所产气体组分的变化情况，气体热值的变化情况以及产氢量的变化情况等。图5.7显示了在B／C＝4，T＝960℃条件下，S／B变化对气体产物的影响。由图5.7可知，随着S／B的增加，H2的浓度变化不大，CO的浓度下降，CO2和CH4的浓度增加，水蒸气则是随着S／B的增加而增加的。由图5.9可知，无论是不同时间还是炉内不同位置，S／B值的变化都对H2浓度的影响较小。

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