流化床內(nèi)煤與生物質(zhì)混燒實驗研究及數(shù)值模擬.pdf

1、流化床中煤與生物質(zhì)混燒技術(shù)是一項有前景的火力發(fā)電技術(shù)，被認(rèn)為是既可以減少一次能源煤的消耗又可以對農(nóng)林廢棄物進行有效處理的方法。本文分別開展煤與生物質(zhì)混合熱解、燃燒的熱重實驗和流化床中二者混燒的實驗及數(shù)值模擬，研究煤與生物質(zhì)混燒時的互相影響、混燒特征及污染物排放的特性，為工業(yè)化應(yīng)用提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。
　　以煤和生物質(zhì)為研究對象，對煤、木屑及其二者的混合物分別在N2氣氛下（熱解）和空氣氣氛下（燃燒）開展熱重實驗。采用Design-Exp

2、ert中單純型格子設(shè)計法（Simplex lattice design method）對煤與生物質(zhì)的質(zhì)量配比進行優(yōu)化設(shè)計，研究煤和生物質(zhì)的熱解和燃燒特征，以及二者之間的互相影響，并求出熱解和燃燒過程中的動力學(xué)參數(shù)，并建立煤與生物質(zhì)混合熱解的動力學(xué)參數(shù)預(yù)測模型。結(jié)果表明:煤與木屑的配比混合熱解低溫段(410～540℃)和高溫段(560～660℃)表現(xiàn)出不同的動力學(xué)規(guī)律，得到了不同溫區(qū)的動力學(xué)回歸方程。各模型的P值和R-Squared值均在

3、合理的范圍內(nèi)，擬合得到的回歸模型具有較好的顯著性，擬合程度較好?？梢允褂么四Ｐ蛯γ号c木屑的熱解動力學(xué)參數(shù)進行預(yù)測和分析。
　　以自行設(shè)計的一套小型流化床為研究對象，對煤、木屑及其二者的混合物在流化床中開展燃燒實驗。研究煤與木屑混燒的燃燒特征和污染物排放特征，并研究燃燒溫度、木屑及添加比例、過?？諝庀禂?shù)對污染物排放的影響。結(jié)果表明:煤和木屑混燒的飛灰含碳率都隨著溫度的升高而降低，且下降的趨勢明顯。木屑的加入改善了煤的燃燒情況，使得飛

4、灰中的含碳率隨木屑比例增大逐漸下降，且隨著混燒木屑比例的增大下降的幅度越來越大，同時，煙氣中CO隨著混燒生物質(zhì)木屑比例的增大而降低。煙氣中的SO2氣體的濃度隨溫度升高而增大，生物質(zhì)木屑的加入對于減少SO2的排放具有非常明顯的效果，并且隨著燃燒溫度的升高，生物質(zhì)木屑對SO2排放的抑制效果越來越大，過?？諝庀禂?shù)對爐內(nèi)的燃燒有著比較大的影響，當(dāng)過剩空氣系數(shù)增大時，SO2濃度呈下降的趨勢。煙氣中NO氣體濃度隨著爐溫的不斷上升而增大，煙氣中NO氣

5、體隨著混燒生物質(zhì)木屑比例的上升而下降，且下降的幅度逐漸減小，過?？諝庀禂?shù)對NO氣體濃度的變化有著很大的影響。隨著過?？諝庀禂?shù)的升高，NO氣體濃度不斷上升，且上升的幅度越來越小。流化床在燃燒溫度為750℃～900℃溫度范圍內(nèi)，其適宜的燃燒過?？諝庀禂?shù)范圍為1.2～1.3。
　　本文最后以流化床反應(yīng)器為研究對象，對流化床內(nèi)的燃燒過程進行建模，再分別對煤以及二者的混合物在流化床中的燃燒開展數(shù)值模擬工作。煤與生物質(zhì)混燒過程中包括熱解、揮發(fā)

6、分燃燒、焦炭燃燒等過程，使用歐拉-歐拉法，基于顆粒動理學(xué)，耦合相間傳熱模型、輻射模型和相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)模型，建立一個雙流體框架下的煤與生物質(zhì)木屑混燒的CFD綜合模型，并采用該模型對流化床內(nèi)煤與生物質(zhì)燃燒過程進行預(yù)測和分析。將數(shù)值模擬的結(jié)果與實驗實測結(jié)果進行了比較，發(fā)現(xiàn)兩者吻合較好，驗證了該復(fù)合計算模型的準(zhǔn)確度。分析了計算所得流場、溫度場和燃燒特性，研究了煤中摻混木屑對流場、溫度場和燃燒特性的影響。煤與生物質(zhì)混燒后，流化床內(nèi)整體燃燒較好，生