高效洁净花生壳颗粒燃料炉的热工特性研究

发布时间：2020-07-12 21:32

【摘要】：自从进入本世纪以来，环境恶化和能源紧张已成为世界各国共同关注的焦点，而能源的短缺以及如何高效利用一直是限制社会进步的主要原因之一，人类一直都在努力寻找积极有效的解决方法。随着煤、石油、天然气等传统能源被逐渐消耗殆尽，人类迫切需要寻找新的替代能源，开发替代能源的高效利用装置，为可持续发展谋求新的出路。在此情况下，生物质能因其具有可再生性、方便存储和运输、高效转换和洁净利用、区域制约性小、成本低廉等优势，受到世界各国能源开发工作者们的普遍关注，开发利用生物质能已刻不容缓。 当前，我国对生物质颗粒成型燃料的燃烧理论及其专用锅炉的研究知之甚少。本文的主要内容是根据花生壳颗粒燃料的燃烧特性、燃烧模式、设计要求，参考常压热水锅炉的设计方法，选择合理的层燃炉设计参数，研制出花生壳颗粒燃料的专用锅炉，并以其为主体，选择合适的辅助设备，搭建高效洁净花生壳颗粒燃料炉的性能测试试验平台，并在试验平台上进行大量的试验，系统的研究高效洁净花生壳颗粒燃料炉的热工特性和排放特性，为今后生物质成型燃料专用锅炉的研制、改造和实际运行提供参考依据。具体的内容如下： （1）采用SDACM-2000自动工业分析仪、SDACM-3000-3000自动量热仪、SDAF2000d灰融熔性自动测试仪、吉林大学自主研制的热重分析仪，对花生壳颗粒燃料进行相关实验，对其数据进行整理的分析，获得了花生壳颗粒燃料的基本成分值、低位发热量、结渣特性指数及其燃烧特性。 （2）综合考虑花生壳颗粒燃料的燃烧特性、燃烧模式、设计要求，参考常压热水锅炉的设计方法，选择合适的层燃炉设计参数，借鉴前人的设计优点和改进其不足之处，研制出花生壳颗粒燃料专用锅炉。 （3）以花生壳颗粒燃料生物质炉为主体，选择合适的负荷系统、冷却水循环系统、测温系统，搭建高效洁净花生壳颗粒燃料炉的性能测试实验平台。在此试验平台上进行多种工况下的性能检测试验，具体结论如下： A.高效洁净花生壳颗粒燃料炉的最佳运行工况是烟道调节阀处于半开位置，连续均匀投料，燃料料层厚度稳定在70～100mm左右。 B.花生壳颗粒燃料生物质炉在最佳工况下的有效利用功率超过10kW、CO的浓度超过8000ppm、锅炉正平衡效率低于75%，接近于设计要求，需要进一步优化。 C. CO的浓度过高的原因有两点：一是一次给风方式无法满足完全燃烧的要求；二是高温烟气在第二燃烧室的扰动混合强不够。 （4）采用CFD软件对高效洁净花生壳颗粒燃料炉炉内进行模拟分析，验证推论的准确性。在此基础上提出分步改进方案（初步改进增加二次风旋流口，再次改进增加蓄热体），采用CFD软件对分步改型的各种方案进行模拟，选出每步改进的最佳改型方案。 （5）对最终改进后的高效洁净花生壳颗粒燃料炉进行多种工况下的性能测试试验，找出其最佳运行方案为连续均匀投料、料层厚度稳定在70～100mm、一二次风分配率为55%，并测得最终改进后锅炉的热效率为83.6%、CO浓度低于400ppm，改型设计起到优化的效果。 综上所述，本文是对大量实验数据进行整理分析的基础上得到的结果，并对其结果产生的原因进行了分析，为今后生物质颗粒燃料的燃烧设备开发研制提供参考。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK6
【图文】：

置的研制、运行及技术改造奠定理论基础，同时为今后生物质成型燃料燃烧设备发提供统一标准。2 生物质能的利用技术据了解，生物质能的开发利用方法主要为热化学法和生物化学法[10]。生物化学要是发酵与厌氧消化。热化学方法有直接燃烧、碳化、液化、热解和气化。图 1出了生物质能转化利用技术分类。

（4） 成型生物质颗粒燃料后期渗透扩散燃烧过程（5） 成型生物质颗粒燃料灰块生成图2.2 成型生物质颗粒燃料燃烧过程示意图2.2.2 成型生物质颗粒燃料的燃烧特性成型的生物质燃料是由散状的原态生物质经过成型压缩机高压压制而成。相对于原态生物质燃料而言，成型后的生物质燃料发生以下几点变化：（1）密度增大；（2）点火性能变差，但比煤的点火性能好；（3）燃烧时挥发分的析出速度大大降低，但其挥发分特性指数和燃烧特性指数大于煤；（4）燃料内部的传热热阻增大，但其热阻比石煤小；（5）燃烧的时间有所延长；（6）燃烧相对比较稳定，容易控制，燃烧热损失相对降低。2.3 花生壳颗粒燃料的燃烧特性研究燃料的种类和特性对其燃烧设备的设计或改造、燃烧器的形式和燃烧设备的安全经济运行有着重要的影响。花生壳颗粒燃料的燃烧特性不同于煤、石油和天然气。因此，设计花生壳颗粒燃料燃烧装置时，要充分考虑花生壳颗粒燃料的燃烧特性和燃烧模式。同时，在燃烧装置设计及运行过程中要考虑花生壳颗粒燃料的消耗、炉排面积热强度、炉膛容积热强度、燃烧室布置、通风的形式及烟囱的设计

图 2.4 固体燃料 DTG 曲线模式理论支持下，为得到花生壳颗粒燃料的燃烧模式，对花生壳颗粒气的氛围下进行热重实验。实验所用试验台是由吉林大学热能工燃料所研制的热重试验台。升温率为 10℃/min。花生壳颗粒燃料（DT）曲线如图 2.5 所示，其微商热重（DTG）曲线如图 2.6 所生壳颗粒燃料的燃烧模式是属于第二种燃烧模式，其燃烧速度快20406080100120△/%m氮气氧气

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本文编号：2752515