秸稈固化成型燃料助燃劑研制及燃燒特性試驗與模擬研究

【摘要】： 我國是世界上最大的農業(yè)國家,年產各類作物秸稈總量達7.1億噸。其中,約有40%-50%秸稈未被利用,常被露天焚燒,導致嚴重的大氣污染和火災,秸稈焚燒已經成為全國各地都面臨的一大環(huán)境問題。通過固化成型技術把秸稈轉化成生物質固化成型燃料(Densified biomass briquetting fuel, DBBF)是秸稈能源化利用的有效方法。但是,當DBBF用于小型炊事爐時,存在點不著火、點火時間長和煙氣污染等問題,從而嚴重影響了DBBF的推廣和使用。因此,研制經濟、有效和環(huán)境友好的成型燃料專用引火助燃劑,對解決成型燃料點火難、污染問題及成型燃料爐具的改進具有重要的實際意義。本文針對玉米秸稈固化成型燃料(Densified corn stover briquetting fuel, DCBF)及其LLA-6型生物質半氣化爐,研制了多種DCBF引火助燃劑,并對其點火性能和點火特性進行了試驗研究與評價、實現(xiàn)了DCBF的快速點燃,并且煙氣排放達到了環(huán)保要求；同時,還開展了DCBF燃燒特性及其數(shù)值模擬方面的研究,獲得了一些重要的結論。 1.引火助燃劑研制及其點火特性和煙氣排放特性研究。(1)用廢機油、廢柴油和工業(yè)酒精以不同的體積比研制出25種液體助燃劑,通過反復點火試驗,綜合考慮成本及點火特性等各種因素,初步選定ED15和DA51兩種助燃劑做為備選助燃劑,其最佳用量分別為9 mL和8 mL,比不用助燃劑點火速度快30-40倍。(2)對不同用量的助燃劑ED15和DA51引燃過程中的煙氣排放情況(包括煙氣中的O2、CO2、CO、煙氣溫度、NO、NO2、NOx、SO2和燃燒效率這9項指標)進行了試驗研究,研究結果表明：兩種助燃劑煙氣排放指標均符合北京市地方排放標準,助燃劑ED15用量為9 mL時污染物排放較低,因此,助燃劑ED15被確定為待推廣的助燃劑。 2. DCBF燃燒特性試驗研究與分析。(1)利用柴爐熱性能試驗方法對LLA-6型爐具的熱性能進行了測試,結果顯示其熱效率只有20%,沒能達到北京市地方標準(熱效率≥35%)。(2)利用熱電偶溫度傳感器和精密天平分別對爐具內各位置的溫度和燃燒失重量進行測定。根據(jù)所測溫度和失重量數(shù)據(jù)對燃燒過程進行動力學分析。利用“多變混合速率掃描法”得出DCBF在LLA-6型炊事爐中燃燒時的燃燒機理：在快速升溫階段和降溫階段DCBF燃燒符合的三維擴散機理,球形對稱,3D,D4,減速形a-t曲線,其積分形式表達式為；在快速升溫與溫度恒定之間的拐點處和恒定溫度階段DCBF燃燒機理屬于化學反應,F2,減速形a-t曲線,其積分形式表達式。(3)利用煙氣分析儀對燃燒過程中煙氣排放的各種污染物指標進行監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)在整個燃燒過程中污染物排放指標均符合北京市地方污染物排放標準。有風條件下的各種污染物排放指標略高于無風條件下的各種污染物排放指標。因此,在無風條件下助燃劑ED15用量為9mL時效果最佳。 3. DCBF燃燒特性的數(shù)值模擬。利用Fluent軟件和燃燒過程所遵循的基本定律,采用湍流和有限速率等燃燒模型對DCBF燃燒特笥進行數(shù)值模擬,結果發(fā)現(xiàn)：(1)燃燒爐內CO2濃度為18.4%,在爐口處的CO2濃度為9%左右,排煙管中CO2濃度為6.47%；在助燃器內幾乎沒有任何化學反應發(fā)生,助燃器并沒有起到應有的助燃作用,而是起了降低熱效率的作用。(2)通過對32種不同改進情況進行模擬,結果表明助燃器通風孔全部關閉時(即沒有二次進風)效果最好。助燃器內部溫度范圍為990-1020K,爐口處最高溫度為1020K。沒有二次進風時爐口處溫度分別比關閉0排、1排、2排、3排和4排通風孔時高19.86%、29.86%、37.67%、39.59%和39.73%。因此,推薦改造最佳方案為不用助燃器,不帶二次進風。由助燃器散熱及二次進風帶走的熱損失q2和q3之和為19.21%。將助燃器及二次進風除掉,將助燃器部分直接改為火焰通道,可將原爐具的熱效率20%提高到39.21%,可以使熱效率提高近1倍,并可使爐具達到北京市地方標準。 綜上所述,助燃劑ED15用量為9 mL時引燃DCBF效果最佳,在無風條件下,將LLA-6型爐具助燃器部分改為封閉式的火焰通道,DCBF燃燒效果最佳,熱效率可達到39.21%。 【關鍵詞】：秸稈固化成型燃料 助燃劑 燃燒特性 模擬
【學位授予單位】：北京化工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：TK16
【目錄】：

• 摘要6-9
• ABSTRACT9-19
• 符號說明19-20
• 第一章 緒論20-35
• 1.1 秸稈的產生量20
• 1.2 秸稈的利用途徑20-23
• 1.2.1 秸稈肥料化21
• 1.2.2 秸稈飼料化21
• 1.2.3 秸稈材料化21-22
• 1.2.4 秸稈能源化22-23
• 1.3 國內外研究現(xiàn)狀23-32
• 1.3.1 成型燃料技術23-25
• 1.3.2 爐具發(fā)展現(xiàn)狀25-26
• 1.3.3 助燃劑研究現(xiàn)狀26-27
• 1.3.4 成型燃料特性及燃燒機理研究27-28
• 1.3.5 燃燒模擬研究現(xiàn)狀28-32
• 1.4 研究目的和研究內容32-35
• 1.4.1 研究目的及意義32-33
• 1.4.2 研究內容33-35
• 第二章 生物質固化成型燃料引火助燃劑研制35-56
• 2.1 試驗材料35-37
• 2.1.1 成型燃料35
• 2.1.2 助燃劑研制所用原料35-37
• 2.1.3 分析儀器37
• 2.2 試驗裝置37-38
• 2.3 試驗方法38-40
• 2.3.1 固體助燃劑試驗方法38-39
• 2.3.2 粉末助燃劑試驗方法39
• 2.3.3 液體助燃劑試驗方法39-40
• 2.4 結果與討論40-54
• 2.4.1 固體助燃劑引燃情況40-41
• 2.4.2 粉末助燃劑引燃情況41
• 2.4.3 液體助燃劑引燃情況41-54
• 2.5 本章小結54-56
• 第三章 助燃劑點火過程煙氣排放特性研究56-67
• 3.1 試驗材料56-57
• 3.1.1 成型燃料56
• 3.1.2 液體燃料56
• 3.1.3 分析儀器56-57
• 3.2 試驗方法57-58
• 3.3 結果與討論58-65
• 3.3.1 煙氣中O_2濃度分析58-59
• 3.3.2 煙氣中CO_2濃度分析59
• 3.3.3 煙氣中CO濃度分析59-60
• 3.3.4 煙氣溫度60-61
• 3.3.5 煙氣中NO分析61-62
• 3.3.6 煙氣中NO_2分析62-63
• 3.3.7 煙氣中NO_x分析63-64
• 3.3.8 煙氣中SO_2分析64
• 3.3.9 燃燒效率64-65
• 3.4 本章小結65-67
• 第四章 DCBF燃燒特性試驗研究與分析67-92
• 4.1 試驗材料67-68
• 4.1.1 試驗原料67
• 4.1.2 分析儀器67-68
• 4.2 試驗方法68-69
• 4.2.1 熱效率68
• 4.2.2 燃燒特性68-69
• 4.2.3 煙氣排放監(jiān)測69
• 4.3 結果與討論69-90
• 4.3.1 熱效率69-70
• 4.3.2 燃燒特性研究70-76
• 4.3.3 燃燒爐溫度變化76-82
• 4.3.4 燃燒過程中煙氣變化82-90
• 4.4 本章小結90-92
• 第五章 燃燒特性的數(shù)值模擬92-117
• 5.1 模擬方法92-94
• 5.1.1 網格劃分93-94
• 5.1.2 邊界條件94
• 5.2 模型及定律94-102
• 5.2.1 反應流基本方程94-96
• 5.2.2 有限速率模型96-97
• 5.2.3 湍流模型97-100
• 5.2.4 數(shù)值方法100-102
• 5.3 模擬結果與討論102-115
• 5.3.1 燃燒過程煙氣分布情況模擬102-110
• 5.3.2 爐具改進情況模擬110-114
• 5.3.3 爐具熱效率估算114-115
• 5.4 本章小結115-117
• 第六章 結論117-120
• 6.1 結論117-118
• 6.2 創(chuàng)新點118
• 6.3 展望118-120
• 參考文獻120-127
• 致謝127-128
• 研究成果及發(fā)表的學術論文128-129
• 作者和導師簡介129-130
• 北京化工大學博士研究生學位論文答辯委員會決議書130-131

您可以在本站搜索以下學術論文文獻來了解更多相關內容

煤用增燃劑    石深泉 ,薛振治

秸稈直接液化技術研究進展    徐鳳英;梁英;方桂珍;

積極推廣戶用高效低排放爐具    郝芳洲;

我國燃煤電站鍋爐NO_x排放的現(xiàn)狀分析和應對措施    張海,呂俊復,徐秀清,曾瑞良,岳光溪

超細煤粉再燃低NO_x燃燒技術的數(shù)值模擬    郭永紅,孫保民,康志忠

農作物秸稈綜合利用技術研究進展    白立勇;周廣田;趙文娟;

燃氣汽車發(fā)動機潤滑油    馮克權

原料含水率及成型直徑對秸稈成型燃料耐久性的影響    趙青玲;張培遠;劉俊紅;張百良;樊峰鳴;

燃煤助燃劑及配方原理    繆娟

玉米秸稈多羥基醇液化研究    王高升;張吉宏;陳夫山;胡惠仁;

    農友

生物質（秸稈）成型燃料燃燒動力學特性及液壓秸稈成型機改進設計研究    馬孝琴

生物質成型燃料在農村推廣的機制設計與政策研究    劉俊紅

家用生物質成型燃料爐具的設計與研究    侯中蘭

液壓生物質成型設備與技術的推廣應用研究    張莉梅

生物質顆粒燃料燃燒數(shù)值模擬    王丹

柴油乙醇花生油混合燃料實驗研究    安曉東

我國民族地區(qū)教育發(fā)展的現(xiàn)狀與對策    顧華詳

熱重法測定聚合物熱降解反應動力學參數(shù)進展    劉元俊,賀傳蘭,鄧建國,冀克儉,張銀生,孫思修

溴化聚苯乙烯協(xié)同三氧化二銻阻燃PA66熱分解動力學研究    徐曉楠;王芳;華菲;

高齡老人戶外交往空間設計分析    付飛;李異;張健;

全球氣候變化下低碳城市實現(xiàn)的規(guī)劃途徑    張洪波;徐蘇寧;

基于情景分析法的循環(huán)經濟規(guī)劃研究——以安徽能源循環(huán)經濟規(guī)劃為例    崔木花;

略論非合理性政府行為與政府成本剛性    汪少波

當前我國分配領域的突出問題及其對策分析    黃曉霓;

植物秸稈燃料特性分析    劉輝;

對我國居民消費率過低的幾點思考    王守敬;

基于熱重法的電纜材料熱解動力學研究    楊玲;鈕英建;

長三角循環(huán)經濟發(fā)展所面臨的主要挑戰(zhàn)    胡建一;

京津冀區(qū)域旅游文化產業(yè)合作研究    ?；劬?

節(jié)能高效、減排低碳與責任和快速工業(yè)化及經濟騰飛    滕吉文;阮小敏;張永謙;閆雅芬;

民營房地產業(yè)發(fā)展報告    李毅;

我國生活垃圾分類回收的推廣與普及    王娜;邱琦;

化肥減施及秸稈過腹還田對土壤理化性質的影響——以弘毅生態(tài)農場為例    唐海龍;徐玉新;蔣高明;劉沙沙;張偲;鐘世霞;

苕溪流域典型村落水污染特征調查研究    郭雪松;鄒娟;梁瀚文;劉俊新;

含能材料安定性的動態(tài)真空安定性研究方法    張同來;劉芮;楊利;周遵寧;

過氧化月桂酰的熱分解動力學研究    臧娜;錢新明;

點火能量與初始壓力對瓦斯爆炸特性的影響研究    李潤之

珠江三角洲城市職業(yè)女性體育生活方式研究    杜熙茹

g-HA/PLA生物復合材料的制備與性能研究    李佳

有壁面質量注入通道流體動力學典型問題分析    王革

交替灌溉對間作群體水分利用特征的影響及其機理    楊彩紅

堿式硫酸鎂晶須的合成及表面改性研究    高傳慧

科學人才觀的理論內涵與實踐應用研究    胡雪梅

科技進步對勞動就業(yè)影響的實證研究    汪慧玲

轉型中的中國國家治理研究    陳春常

污泥熱解制取富氫燃氣實驗及機理研究    熊思江

基于DEA方法的農地利用效率差異研究    高曉輝

風干淡水魚魚松壓縮成型特性研究    張京

農業(yè)廢棄物熱解特性的研究    唐京禧

棉花纖維發(fā)育伸長期和次生壁加厚期數(shù)字表達譜分析    閆恒超

湖北省農村沼氣產業(yè)化發(fā)展模式與對策研究    劉瑩玉

已建池農戶沼氣消費偏好的影響因素分析    王維薇

煤氧化的反應機理函數(shù)和熱效應的研究    鄭艷敏

資源型城市生態(tài)經濟系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展研究    王旭

生物質與煤共熱解實驗研究    朱孔遠

煤粉永磁強磁濾器的研究    劉鵬

山東省農作物秸稈資源及其開發(fā)利用    王志鳳;王倩;

我國農作物秸稈綜合利用與循環(huán)經濟    任仲杰;顧孟迪;

玉米秸稈發(fā)酵生產燃料乙醇的研究綜述    張亮;伍小兵;翟井振;

固體酸Zr(SO_4)_2·4H_2O催化制備生物柴油    曹宏遠;曹維良;張敬暢;

國外生物質能轉化技術與應用    王海濱

改性Mo_2C/Al_2O_3催化劑用于甲烷部分氧化制合成氣    朱全力,楊建,季生福,王嘉欣,汪漢卿

無溶劑系統(tǒng)中固定化脂肪酶催化廢油脂轉酯生產生物柴油    吳虹,宗敏華,婁文勇

固定化脂肪酶催化高酸廢油脂酯交換生產生物柴油    陳志鋒;吳虹;宗敏華;

生物質致密成型技術處理木材加工廢棄物的應用    姜洋,曲靜霞,潘亞杰,何光設

我國農作物秸稈綜合利用現(xiàn)狀    吳樹棟

生物質（秸稈）成型燃料燃燒動力學特性及液壓秸稈成型機改進設計研究    馬孝琴

生物質（秸稈）成型燃料燃燒設備研制及試驗研究    劉圣勇

我國農村秸稈成型燃料規(guī)?；夹g研究    樊峰鳴

中國與IEA國家生物質能利用比較研究    岳建芝

四墻切圓煤粉燃燒室內湍流氣粒兩相流動與燃燒數(shù)值模擬的研究    田華麗

污水污泥在流化床內燃燒特性的試驗研究    李愛民,王志,魏礫宏,蔡九菊

混料工藝對Al+Fe_2O_3鋁熱劑燃燒特性的影響    張繼祥,夏天東,趙文軍,劉天佐

煤和石油焦混合燃料在循環(huán)流化床中的燃燒特性    王鳳君,趙長遂

多線程技術在汽油機峰值壓力測量中的應用    石本改,李岳林,劉志強,王藝娟

生物質燃氣燃燒裝置的探討    劉永艷;王述洋;

O_2/CO_2燃燒技術及其污染物生成與控制    劉忠;宋薔;姚強;張利琴;

稻殼燃燒特性與動力學模型的研究    陸飛;王永橋;章靜;盧平;

硼粉理化特性及其在富燃料固體推進劑中的應用進展    龐維強;樊學忠;呂康;

油頁巖循環(huán)流化床鍋爐爐內溫度與SO_2濃度的數(shù)值模擬    李少華;潘冬慧;張立棟;王擎;

鋁顆粒燃燒特性研究進展    成紅剛;陳雄;周長省;鄭健;

材料燃燒特性國家基礎數(shù)據(jù)庫的建立探討    毛瑩;

廢塑料燃燒特性的實驗室研究    龍世剛;孟慶民;徐春;曹紹輝;

含納米鋁粉復合固體推進劑的燃燒特性及機理分析    段軍鴻;丁敦輝;張宇馳;李疏芬;

混煤燃燒特性的研究    歐陽德剛;羅安智;朱善合;鄒明金;王海清;

典型村鎮(zhèn)垃圾燃燒、脫氯特性及機理研究    劉金生;陳江;

用DSC試驗評價煤的燃燒特性    錢秋蘭;

生物柴油的噴霧及燃燒與排放特性研究    李理光;張旭升;胡宗杰;鄧俊;吳志軍;

含納米鋁粉復合推進劑的燃燒特性    孫運蘭;李疏芬;丁敦輝;

石灰石對煤粉燃燒特性影響的熱重法研究    張洪;李梅;孫明;范佳鑫;

利用壓力能平衡天然氣燃燒特性的節(jié)能技術研究    羅東曉;

煤質分析對新型干法水泥生產的影響    司馬晨曦

輸美服裝應加強面料阻燃性能檢測    王定俞葉丹

鍋爐煤燃燒技術獲突破    趙軍

今年溪橋無“狼煙”    記者　 謝成明

培訓不到位 無知釀火災    楊育恒

燃煤性質變化對鍋爐運行調整的影響    山西省鍋爐壓力容器監(jiān)督檢驗所 王強

外墻保溫防火試驗及建筑應用的研究（三）    供稿 北京振利高新技術公司

“孔明燈”的啟示    成都 生為

上海市汽車零配件產品抽查合格率97.6%    尚祭堅

嚴格規(guī)范生物質能源的使用標準    中國汽車技術研究中心首席專家 王務林

秸稈固化成型燃料助燃劑研制及燃燒特性試驗與模擬研究    袁海榮

低品位水煤漿成漿、燃燒特性研究及應用    張傳名

生物質氣燃燒特性及火焰結構的相關研究    劉昌業(yè)

城市生活垃圾燃燒特性及新型流化床焚燒技術的研究    金余其

循環(huán)流化床焚燒爐中生活垃圾燃燒特性研究    閆濤

混煤高效低污染燃燒特性研究    李永華

動力配煤的理論與應用研究    戴財勝

小球粘結高燃速推進劑燃燒特性研究    郭效德

高能固體推進劑燃速數(shù)值模擬    李苗苗

生物制氣—柴油雙燃料發(fā)動機燃燒試驗與模擬    梁昱

高效清潔柴油燃料氧化劑及降低柴油機排放的應用研究    毛功平

混煤熱解燃燒特性的試驗研究    王曉雷

高過載下延期藥的燃燒特性研究    武雙章

玉米秸稈燃燒特性試驗研究    薛海亮

工業(yè)蜂窩型煤的配比及燃燒特性研究    王文生

幾種能源樹種燃燒特性的研究    何寶華

生物柴油在直噴式柴油機上的燃燒和排放特性研究    劉津

生物制氣—柴油雙燃料發(fā)動機燃燒特性和放熱規(guī)律研究    劉喬明

堿性物質對生物質混煤燃燒及污染物排放特性影響規(guī)律研究    劉兆萍

生活垃圾燃燒特性的影響因素    沈濱文