流化床中煤与生物质混烧实验与数值模拟研究

发布时间：2020-05-22 22:04

【摘要】：煤与生物质混烧可以有效地降低煤炭消耗率和污染物排放量,本文开展了流化床中煤与生物质混烧的实验,并对煤与生物质混烧过程进行了数值模拟,研究煤与生物质混烧过程中的燃烧特性、污染物排放特性及相互影响,为工业化应用提供基础数据。以煤、木屑和稻秆为研究对象,研究了燃烧温度、质量掺混比、过量空气系数、流化速度和二次风率对燃烧特性的影响。混烧生物质后,煤的燃烧特性得到了改善。实验结果表明:燃烧温度上升,稀相区温度随之升高,CO排放浓度和飞灰含碳量随燃烧温度上升而降低;当燃烧温度为850℃时,随着掺混比由0%增加至30%,CO排放浓度由119.3ppm分别降至75.1ppm(木屑)、86ppm(稻秆);飞灰含碳量由6.2%降低至4%(木屑)、3.1%(稻秆);过量空气系数增加,稀相区温度和CO排放浓度先上升后下降,飞灰含碳量逐渐降低;流化速度增加,CO排放浓度增加,飞灰含碳量先降低后增大;相比于纯煤燃烧,煤与生物质混烧时,CO排放浓度和飞灰含碳量受流化速度影响更大;二次风率增加,CO排放浓度先降低后升高,飞灰含碳量降低。二次风率对稀相区温度的影响不大。研究了燃烧温度、质量掺混比、过量空气系数、流化速度、二次风率和钙硫摩尔比对污染物排放的影响。相比于单独燃烧,煤混烧生物质后有效地降低了NO和SO_2的排放,其减排效果与生物质种类、挥发分含量及碱金属等因素密切相关。实验结果表明:当燃烧温度850℃时,随着掺混比由0%增加至30%,NO排放浓度由378ppm分别降低至291.2ppm(木屑)、301.9ppm(稻秆);SO_2排放浓度由267ppm分别降低至147.2ppm(木屑)、183ppm(稻秆);随着燃烧温度的上升,NO排放浓度和SO_2排放浓度均增加;随着质量掺混比增大,生物质的减排作用减弱;随着过量空气系数增加,NO排放浓度迅速增加,SO_2排放浓度先增加后降低;随着流化速度的增加,NO排放浓度和SO_2排放浓度均逐渐增加,且增加的趋势变缓;随着二次风率增加,NO排放浓度先降低后增加,SO_2排放浓度逐渐降低,最佳二次风率为20%左右;添加脱硫剂可以有效控制SO_2的排放,Ca/S比越大,脱硫效果越好,最佳钙硫比为2.5~3。建立了耦合流动、传热传质和化学反应的二维CFD综合模型。数值模拟结果与实验结果吻合较好,验证了计算模型的准确性。分析了模拟所得流场、温度场和燃烧特性。模拟结果显示:流化床内处于稳定流化状态,挥发分主要在稀相区燃烧,煤与木屑混烧时流化床内最高温度比纯煤燃烧高;流化床内组分浓度场分布合理,O_2浓度随着流化床高度上升而降低,CO_2浓度在进料口附近达到最大值;由于焦炭燃烧及挥发分中氮和硫的氧化,在进料口附近NO和SO_2浓度较高;随着过量空气系数增加,NO浓度增加,SO_2排放浓度无明显变化。
【图文】：

实验装置图,排料阀,烟气分析仪

13图 2-1 实验装置图1.电机 2.减速器 3.料斗 4.炉膛主体 5.二次风管 6.旋风分离器 7、10.排料阀 8.烟气分析仪 9.尾气处理系统 11.空气预热器 12.转子流量计 13.截止阀 14.空气压缩机 15.温控系统

流化床反应器,实物,扩大段,管段

图 2-2 流化床反应器实物图部分包括内部的管段和外部的加热保温系统。流化、渐扩过渡段和扩大段三部分组成。其材料为厚度用圆柱形布置，总高 880mm，其中直通管高 730m扩大段高 120mm，，内径 50mm。进料口距主体管段
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X701;TK16

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