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生物质燃气制备过程参数控制与目标反演虚拟仿真实验

生物质燃气制备过程参数控制与目标反演虚拟仿真实验

实验简介建筑环境与能源应用工程专业的人才培养,越来越重视可再生能源在建筑环境领域的应用,生物质燃气是未来“零碳”建筑的重要能源供给。面向绿色建筑的发展以及可再生能源利用技术,急需培养一批具有工程实践能力的本专业专门人才。建筑环境与能源应用工程专业人才培养方案中,《建筑环境能源工程》、《燃气工程》等是重要专业课程,生物质燃气制备是重要的实验内容。江苏大学能源与动力工程学院建筑环境与能源应用工程专业,依托国家级、省级重点学科实验室,以及国家级实验教学示范中心的

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实验简介


建筑环境与能源应用工程专业的人才培养,越来越重视可再生能源在建筑环境领域的应用,生物质燃气是未来“零碳”建筑的重要能源供给。面向绿色建筑的发展以及可再生能源利用技术,急需培养一批具有工程实践能力的本专业专门人才。建筑环境与能源应用工程专业人才培养方案中,《建筑环境能源工程》、《燃气工程》等是重要专业课程,生物质燃气制备是重要的实验内容。江苏大学能源与动力工程学院建筑环境与能源应用工程专业,依托国家级、省级重点学科实验室,以及国家级实验教学示范中心的资源优势,具有一流的实验软硬件条件和师资队伍。项目将生物质气化内部反应过程与外部气化结果有机关联,突破传统实验局限,基于气化目标反演参数方案,创新了实验教学设计;项目强调知识结构的系统性、最新技术的同步性、实验模式的探究性,促进了理论与实践更紧密的结合,实现了多元化能力培养的创新学习需求。



计原则


本虚拟仿真实验平台主要综合采用可视化法、控制变量法、目标设定寻优的多种实验方法进行设计,具体实验包含三个主模块:系统功能与过程可视、气化过程参数控制、燃气目标反演参数。(1)可视化方法对生物质气化流程、各组件的功能及气化炉内部过程实现可视化,使学生掌握生物质气化炉的操作流程与运行控制流程,明确各个组件的结构和功能,同时运用实验和模拟计算结果,再现气化内部过程,使学生理解生物质气化过程的工作原理和单颗粒生物质原料气化过程的形态变化。(2)控制变量法控制调控重要气化参数:不同入口空气量、水蒸气量和气化温度,实现气化过程分区温度、层高度的变化,得到对应生物质气化产气量、LHV的变化规律,使学生全面掌握过程参数与生物质气化产物之间的影响规律。(3)目标设定反演法设计重要指标参数:产物富氢量,CH4含量以及经济性等指标,结合调控参数,寻求满足气化目标要求参数设置与运行条件,从而使学生自主探究后得到“产物富氢”、“气化组分期望”、“燃气经济性”的运行参数。 



课程目的


学生通过完成本虚拟仿真实验项目,能够达到以下实验目的:(1)加深对《建筑环境能源工程》、《燃气工程》等相关专业核心课程中生物质气化与可燃气制备相关理论知识的理解与掌握;(2)掌握大型生物质气化燃气制备工厂的典型操作流程与各种核心关键设备的原理、结构与功能;(3)掌握生物质气化过程中气化炉内部的气化反应原理与反应特性,掌握变参数实验条件下气化炉内温度和各分区层高的动态自平衡变化特性;(4)熟练掌握气化系统工况调整与运行参数操控方法,探究不同入炉空气量、水蒸气量和气化温度等条件下,生物质燃气组分的变化规律;(5)掌握生物质燃气制备过程评价方法,掌握围绕燃气指标进行实验方案设计,探究通过气化参数调整获得既定目标的气化工艺优化参数。(6)培养自主学习能力、动手操作实践能力以及探究思维能力。 



实验要求


(1)专业与年级要求本虚拟仿真实验主要面向建筑环境与能源应用工程、新能源科学与工程等专业的本科三、四年级学生。目标是从生物质气化角度让学生了解农村新能源开发利用等方面的基本理论与基础知识,培养学生具有独立获得知识、信息处理和创新的基本能力,有利于学生将所学理论和技能进行综合运用与发挥,提高系统地分析和解决实际问题的综合能力。(2)基本知识和能力要求先修课程:建筑环境能源工程,燃气工程,生物质能转化原理与技术,生物质化学与利用,固体废弃物处理与资源化利用等。能力要求:掌握生物质热解气化的基本原理,熟悉气化炉、锅炉、蒸汽轮机等开停机操作,对生物质开发利用等技术有一定的了解,具有一定的计算机软件操作基础,具有一定的数据逻辑分析能力。  



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