工业污泥与煤矸石LCFB混烧特性数值模拟及试验研究

发布时间：2023-04-01 01:02

　　不同行业产生不同的工业污泥(IS),都含有大量的病原菌和重金属等有毒有害物质;煤矸石(CR)已成为目前排放量最大的工业固体废弃物之一,具有低热值和难燃烧等特点;它们的堆放严重浪费资源、污染环境和破坏生态。对IS和CR进行无害化和资源化及高效燃烧能源化利用,可节约资源、改善环境。采用流化床燃烧技术处理工业污泥与煤矸石(IS-CR)以解决环境和能源的问题成为国内外研究的热点。IS-CR的挥发份较高、在密相区下部的燃烧强度大,低倍率循环流化床(LCFB)锅炉的密相区吸热量大、流化速度较低,采用LCFB混烧IS-CR可提高混烧的稳定性和混烧效率,减小二次污染。然而,目前国内外对IS和CR的热解特性和在LCFB内气固多相流动及混烧特性还很少进行系统的研究,这阻碍了LCFB混烧IS-CR技术的开发应用。因此,结合IS-CR的热解和燃烧动力学及流动特性,进行LCFB内气固多相流动与混烧特性数值计算及试验研究,探索和弄清它们在炉内气固流动和混烧特性,为研究开发IS-CR-LCFB洁净燃烧和推进混烧技术的学术研究、创新应用等奠定理论基础,为实现IS-CR的高效混烧,达到资源综合利用促进节能与环保,具有十...

【文章页数】：175 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
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英文摘要
主要符号说明
1 绪论
    1.1 论文选题背景及意义
    1.2 污泥与煤矸石热解和燃烧特性研究现状
        1.2.1 污泥热解特性研究现状
        1.2.2 污泥的燃烧特性研究现状
        1.2.3 煤矸石热解特性研究现状
        1.2.4 煤矸石燃烧特性研究现状
    1.3 循环流化床燃烧技术数值模拟研究现状
        1.3.1 流体动力学特性研究现状
        1.3.2 循环流化床燃烧模型研究现状
    1.4 循环流化床混烧实验研究状况
    1.5 存在的不足
    1.6 本课题的主要工作及研究内容
2 工业污泥与煤矸石热解和燃烧及动力学特性研究
    2.1 工业污泥组分特性分析
        2.1.1 工业污泥的成分分析
        2.1.2 工业污泥元素分析
        2.1.3 工业污泥热值分析
    2.2 工业污泥与煤矸石热解特性分析
        2.2.1 实验装置和方法
        2.2.2 工业污泥热解特性分析
        2.2.3 工业污泥热解特性影响因素分析
        2.2.4 煤矸石热解特性分析
        2.2.5 煤矸石热解特性影响因素分析
    2.3 工业污泥与煤矸石热解动力学研究
        2.3.1 工业污泥热解机理和动力学特性
        2.3.2 煤矸石热解机理和动力学特性
    2.4 工业污泥与煤矸石燃烧特性分析
        2.4.1 工业污泥燃烧特性分析
        2.4.2 煤矸石燃烧特性分析
        2.4.3 工业污泥与煤矸石及煤燃烧特性的对比分析
    2.5 工业污泥与煤矸石燃烧动力学研究
        2.5.1 工业污泥燃烧动力学研究
        2.5.2 煤矸石燃烧动力学研究
    2.6 小结
        2.6.1 工业污泥的热解特性
        2.6.2 工业污泥的燃烧特性
        2.6.3 煤矸石的热解特性
        2.6.4 煤矸石的燃烧特性
        2.6.5 工业污泥与煤矸石混烧特性
3 工业污泥与煤矸石 LCFB 冷态流动特性数值计算
    3.1 LCFB 的物理模型及结构特性
        3.1.1 LCFB 的物理模型及其描述
        3.1.2 LCFB 锅炉基本结构与布置
        3.1.3 LCFB 锅炉相关特性参数
    3.2 LCFB 内气固多相流动数学模型特点及描述
        3.2.1 简化假设
        3.2.2 LCFB 内气固湍流基本控制方程
        3.2.3 κ-ε/RNG 模型
        3.2.4 颗粒群及与流体间相互作用
        3.2.5 升力
    3.3 数值计算方法与工况
        3.3.1 计算方法及方程离散
        3.3.2 网格划分
        3.3.3 边界条件
        3.3.4 计算工况
    3.4 计算结果分析与讨论
        3.4.1 颗粒粒径的影响
        3.4.2 配风比的影响
        3.4.3 燃料比的影响
        3.4.4 密相区形状特性的影响
    3.5 分离器内颗粒运动特性模拟
    3.6 小结
4 工业污泥与煤矸石 LCFB 混烧特性数值分析
    4.1 LCFB 锅炉热力及燃料特性
    4.2 LCFB 内湍流多相燃烧数学模型特点及描述
        4.2.1 挥发份析出模型
        4.2.2 挥发份燃烧模型
        4.2.3 固体燃料炭燃烧模型
        4.2.4 辐射模型
        4.2.5 传热、传质计算
        4.2.6 湍流两相燃烧模型
    4.3 计算工况及边界条件
    4.4 LCFB 内混烧特性数值计算结果及分析
        4.4.1 燃料比的影响
        4.4.2 燃料特性的影响
        4.4.3 配风比的影响
        4.4.4 混烧效率
    4.5 小结
5 工业污泥与煤矸石 LCFB 的优化与混烧特性试验研究
    5.1 IS-CR-LCFB 锅炉及系统优化
        5.1.1 IS-CR-LCFB 锅炉选型
        5.1.2 炉膛结构设计
        5.1.3 布风板及风帽设计
        5.1.4 惯性分离及返料系统设计
        5.1.5 送风及配风系统设计
        5.1.6 运行参数确定
    5.2 试验装置与系统及操作方法
        5.2.1 试验装置和系统
        5.2.2 燃料制备及输送系统
        5.2.3 试验装置操作方法
        5.2.4 试验测试方法
    5.3 IS-CR 的LCFB 冷态流动特性试验
        5.3.1 布风板阻力特性试验
        5.3.2 料层阻力特性试验
        5.3.3 燃料比特性试验
        5.3.4 配风比特性试验
    5.4 工业污泥与煤矸石LCFB 混烧特性试验
        5.4.1 燃料比的影响
        5.4.2 配风比的影响
        5.4.3 混烧效率与最佳工况比较
    5.5 小结
6 结论
    6.1 主要结论
        6.1.1 工业污泥与煤矸石热解和燃烧及动力学特性
        6.1.2 工业污泥与煤矸石LCFB 冷态流动特性
        6.1.3 工业污泥与煤矸石LCFB 混烧特性
    6.2 进一步研究展望
致谢
参考文献
附录：攻读博士学位期间发表的学术论文及获奖情况
    A 发表主要学术论文
    B 获专利



本文编号：3776143