生物质层燃炉内燃烧与NO_x排放模型研究

发布时间：2020-04-29 10:48

【摘要】：随着煤炭、石油等资源的日益枯竭,生物质能作为唯一的可再生碳源被广泛应用到生活的各个方面,但生物质燃烧产生的NOx数量已不可忽略,其高效转换和洁净利用已受到广泛关注。生物质成型燃料由农林废弃物经过粉碎、烘干、混合、挤压而形成,具有体积小、运输方便、燃烧稳定高效的特点,正得到广泛运用,对生物质成型燃料的燃烧特性研究有实际意义。目前,由于对生物质成型燃料的特性以及NOx排放特性的研究不够,在燃料利用过程中普遍沿用燃煤技术以及不重视NOx排放,造成燃料利用效率低以及环境污染的问题。因此,结合生物质成型燃料的自身特性,研究其燃烧特性和NOx排放特性非常重要。对广东地区生物质成型燃料进行燃料特性分析以及不同升温速率下的热重分析实验。结果表明,热重实验中成型燃料比较明显的失重都发生在450 K到850 K范围内,且主要发生在热解燃烧阶段(500~650 K)。随着升温速率的提高,最大失重速率点向高温一侧偏移,最大失重速率升高,可燃特性指数、燃烧特性指数和燃尽特性指数都随之升高。热解燃烧阶段反应级数较大,焦炭燃烧阶段较小。热解燃烧阶段活化能低于焦炭燃烧阶段,但随升温速率变化不明显,分别为88.32~103.80 kJ/mol和101.31~123.72 kJ/mol。针对移动炉排层燃炉,结合燃料特性数据,通过有限体积法对床层燃料燃烧建模得到离开床层顶部的气相参数,再导入FLUENT中作为空间燃烧模拟的入口边界条件进行模拟,完成对生物质层燃炉燃烧的数值模拟研究。结果表明,可以采取分段布风的方法提高生物质燃烧效率,降低烟气热损失。Fluent计算表明炉膛空间挥发分可燃质的燃烧形成了温度在1000 K以上的高温区域,通过改变炉拱的长度与高度重新建模进行优化计算,得到适合生物质成型燃料燃烧的层燃炉炉拱结构。使用CHEMKIN软件包模拟生物质热解气和焦炭的燃烧过程,基于反应动力学模型GRI-Mech3.0,通过ROP反应速率分析简化得到了挥发分氮和焦炭氮向NOx转化的反应机理,不同于前人使用的De Soete模型中的焦炭氮生成NOx模型,模型中焦炭N也以HCN和NH3的形式析出,生物质燃料氮转移过程与煤燃料氮转移过程的中间反应大不相同。结合烃和焦炭对NO和N2O的异相还原反应建立了NOx的生成与分解模型,该模型在精确描述燃烧特性的同时,可以节省计算耗时。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK6

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