随着科技的进步,能源紧缺和环境污染的问题也随之日益严重,因此,世界各国都在寻求低污染、可再生的高效能源。生物质作为地球上存在最广泛的可再生能源,具有产量大、易储存和清洁性等众多优点。通过生物质气化技术可将生物质有效转化成氢气、一氧化碳等替代燃料,具有良好的发展潜力。本文创新性地设计了一款自供热式水气补给气化炉,通过Fluent仿真,优化气化炉的设计方案,并基于Aspen Plus软件完成了气化过程模拟以及实验研究,为生物质气化制氢提供有力的理论依据,为工程应用提供参考。具体研究内容和结果如下:1)本文首先对气化炉装置进行优化设计,Fluent仿真结果表明,采用双侧进气单侧排气的方式,气流速度均匀性好。对仿真结果进行实验验证,结果表明该方案气化过程燃烧稳定性好,说明Fluent的气化仿真过程准确度高。2)基于Aspen Plus软件进行气化过程模拟,探究气化试验的参数设计。仿真结果表明气化温度、蒸气流速、通气速率、生物炭添加量以及燃烧室压力对生物质气化产生的混合气各组分产率有影响,其中,气化温度的影响最为显著,气化温度在700 ℃左右,最有利于H2的生成。考虑到生物质气化系统的能耗、制造成本以及安全性等问题,提高混合气质量的较佳气化温度应控制在700 ℃左右。在低通气速率、小粒径以及蒸气的条件下进行试验过程,一定程度上会使得气化温度降低,因此,选择气化温度较高的龙眼壳作为后续气化试验的生物质。3)在仿真基础上确定试验方案并完成试验,研究不同生物炭、蒸气流速、通气速率以及生物炭添加量对气化过程的影响。试验发现在蒸气流速为0.8 L/h、通气速率为1 8 L/min、生物炭添加量为4%时,得到的气化效果较佳,H2产量达到了41.78 g/kg,混合气的转化率和热值分别为91.80 wt%、4.71 MJ/m3,气化能耗为2.50 kW·h/kg。将各组试验参数分别导入Aspen Plus模型中得出,H2与CO两种气体的模拟值与试验值的变化趋势基本保持一致,说明该气化模型可靠性较高。利用Aspen Plus中的Optimization模块对气化参数进行优化,优化后试验得到的H2产量为42.44 g/kg,气化能耗为2.50 kW·h/kg。4)最后建立BP神经网络预测模型。该模型的输入层包括7个输入,分别为TC1、TC2、TC3、通气速率,蒸气流速,反应时间以及生物炭添加量。结果表明,采用单隐藏层的tansig函数对H2的动态预测准确性较高(R2=0.8914)。通过建模仿真结果可知,自供热生物质气化系统所采用的BP神经网络模型进行仿真预测是可行的,通过模型可以为自供热生物质气化系统的气化过程提供指导方向。