生物质锅炉内燃烧与轰燃特性研究

发布时间：2017-12-09 13:14

  本文关键词：生物质锅炉内燃烧与轰燃特性研究

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【摘要】：随着社会经济的发展,人们对能源的需求逐年增加,传统的化石能源面临着严峻的资源枯竭、环境污染等问题。生物质能作为一种可再生、低污染、产量大的能源,逐渐受到人们的重视,并且正得到广泛运用,因此,对生物质能利用的研究显得非常有意义。目前,由于对生物质特性及生物质能利用设备的研究不够,在生物质能利用过程中如沿用传统燃煤技术,会造成效率较低或是轰燃等问题。因此,结合生物质本身的特性,研究其燃烧过程规律,以及探究其轰燃现象机理极其重要。采用元素分析、工业分析、热值分析及热重分析等手段研究南方地区5种典型生物质燃料的特性。结果表明此5种生物质燃料中C、N、S元素平均为46.82%、0.42%、0.124%,明显低于对比煤种相应元素的含量,且挥发分含量较高、固定碳含量少,热值普遍低于对比煤。生物质燃烧主要可分为三个阶段,分别是水分析出段、挥发分析出燃烧段以及固定碳燃烧段,动力学分析结果显示生物质1燃烧反应活化能为110 k J/mol,低于对比煤种的176 k J/mol,利用切线法分析着火点,生物质1的着火点温度为540 K,煤为710 K,表明生物质比煤更易燃烧。热重实验中,气氛中氧气比例越高,生物质燃料与氧气反应更快、更完全;升温速率越大时,挥发分逸出的速率越大;比较热重实验条件下原料、40目、80目3种粒径大小对燃烧的影响,发现差别不大。利用FLIC及Fluent软件对广东地区某生物质层燃锅炉进行数值模拟研究,获得燃料固相温度沿床长分布、炉膛空间烟气温度分布以及烟气主要成分变化规律。该生物质层燃锅炉燃烧主要分三个阶段:水分析出段(0-0.5 m)、挥发分逸出燃烧段(0.3-1.7 m)及固定碳燃烧段(0.6-2.2 m)。对比热重分析与数值模拟的失重曲线,发现变化趋势相同,但两者依然存在区别。Fluent计算获得气相的燃烧参数,包括气相温度分布、炉膛空间烟气流速、烟气中各种组分的浓度分布以及速度矢量图等,可观察到床层上方的炉膛空间存在着燃烧反应,反应物为挥发分中的可燃性成分,生成物为CO2及H2O。结合生物质燃料特性,应用突变理论研究生物质锅炉发生轰燃现象的区域。通过建立能量守恒方程和势函数,从势函数及微商曲线求得轰燃临界点的热烟气层温度为686.71℃,与实际情况及前人所做研究较为接近,说明可采用燕尾突变理论描述该生物质锅炉轰燃机理。进而提高空气初始温度或增加炉排面积到3.36 m2以上,发现轰燃烟温升高,表面燃料蒸发热增加及换热面积的增加将降低轰燃烟温。以上研究,将为南方地区生物质锅炉内高效安全燃烧提供一定的理论依据。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK229;TK6

【参考文献】

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本文编号：1270513