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原文:CPFD simulations of an industrial-sized dual ?uidized bed steam gasi?cation system of biomass with 8 MW fuel input
上面这个东西我第一次见,叫双流化床。
之所以觉得奇怪,是因为cyclone左边这个胖子是流化床,气化用;右边那个瘦子也是流化床,燃烧用。2017年以前,世界共有3+台运行在运行的发电厂——奥地利的Gussing、德国的Senden和瑞典的哥德堡。
不知道这样的设计有啥优势,有没有可以借鉴或者值得推广到其他领域进行应用的价值,国内的小伙伴有没有见过的?
这篇论文介绍的是奥地利Güssing热电联产厂的一台双流化床设备。热生物质输入为8 MWth,电功率输出为2 MWef。图2是Güssing热电联产的基本流程图。模拟的DFB系统部分用红色虚线标出。
DFB系统的主要部分几何形状包括:气化反应器、斜槽、燃烧反应器、旋风分离器和回路密封。
过程原理大致如下:
生物质原料被送入气化反应器,该反应器在鼓泡床状态下运行并用蒸汽流化。生物质颗粒被干燥并释放挥发物。蒸汽流化使得能够生成无氮的产物气体。原始产物气体从气化反应器顶部离开。
产物气体随后经过进一步的清洁步骤,如上述工艺原理图所示。在产物气体冷却器中冷却后,飞灰在产物气体过滤器中被去除。产物气体还含有焦油,焦油是各种高级烃类,可能会在下游单元操作中引起操作问题。冷凝的焦油可能会堵塞管道或在热交换器表面引起结垢。因此,焦油在焦油洗涤器单元中被去除,该单元使用菜籽油甲酯(RME)操作。产物气体中的蒸汽在焦油洗涤器中冷凝,形成RME/水乳液。干燥的产物气体离开焦油洗涤器。
生物质干燥和脱挥发分后,剩余的固体残渣称为焦炭。由于存在CO2、H2和蒸汽,焦炭气化反应也会发生。一部分焦炭随床料通过斜槽进入燃烧反应器,该反应器在快速流化床状态下运行,并用空气流化。这使得床料能够向上输送。在氧化气氛中,焦炭被燃烧。此外,飞灰和RME/水乳液的内部废物流被送回燃烧反应器进行处理。一部分干燥的产物气体也被再循环以控制燃烧反应器的温度。
燃烧反应导致床料加热。在燃烧反应器顶部,烟气进入旋风分离器,与床料颗粒分离。床料通过回路密封返回气化反应器,为生物质的干燥和脱挥发分以及部分气化反应提供能量。
模拟采用的软件是barracuda,方法是CPFD
DFB系统的几何形状根据施工图纸绘制。入口边界条件设置见下图,各项设置参数不再此列举,感兴趣查看原文。
生物质被送入气化反应器的鼓泡床区域,该床用蒸汽流化。燃烧反应器的空气作为底部、一次和二次空气供应,以及用于启动的油燃烧器的冷却。一次和二次空气通过空气喷嘴供应。从下游处理中,RME乳液的回收流和飞灰被送入燃烧反应器。此外,再循环的产物气体被供应以控制温度。回路密封用蒸汽流化以确保床料通过。已实现两个出口作为压力边界条件。产物气体通过产物气体出口离开气化反应器,烟气通过烟气出口离开旋风分离器。
床层颗粒及体积分数分布如下:
颗粒温度、床层物料运动规律及烟气组分分布如下
也许这种设计在生物质气化燃烧领域并没有太大优势,所以在国内没有相关研究,但是在一个领域没用的东西,在另一个领域说不定就是宝贝,大家多跟自己研究的内容相结合,作为参考吧。
公众号“工业界CFD”
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