針對(duì)秸稈顆粒的回轉(zhuǎn)式間接燃燒裝置研發(fā)

【摘要】：生物質(zhì)燃料,特別是秸稈類生物質(zhì)具有堿金屬含量高、低灰熔點(diǎn)等特點(diǎn),在常規(guī)鍋爐的燃燒利用過程容易出現(xiàn)各種問題,比如結(jié)渣、沉積以及腐蝕等問題。本文在總結(jié)國內(nèi)外生物質(zhì)氣化燃燒相關(guān)文獻(xiàn)基礎(chǔ)上,嘗試結(jié)合流化床的低溫、蓄熱量大的特性以及回轉(zhuǎn)爐的機(jī)械混合、強(qiáng)制擾動(dòng)的特點(diǎn),提出了一種含床料的回轉(zhuǎn)式間接燃燒裝置,其本質(zhì)為一個(gè)結(jié)合了生物質(zhì)回轉(zhuǎn)式氣化器以及氣化氣燃燒的生物質(zhì)分級(jí)燃燒設(shè)備。課題以該回轉(zhuǎn)式氣化反應(yīng)器為核心,實(shí)現(xiàn)了從概念提出、主體設(shè)計(jì)到實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建以及完成熱態(tài)實(shí)驗(yàn)的全過程。本研究首先通過熱解實(shí)驗(yàn)確定了棉桿顆粒燃料的熱解產(chǎn)物特性,分析了棉桿顆粒燃料在不同溫度工況下的熱解三相產(chǎn)物比例、熱解氣組分以及單位質(zhì)量燃料產(chǎn)氣量(mol/kg)的變化情況。試驗(yàn)獲取的熱解燃?xì)猱a(chǎn)量作為后續(xù)回轉(zhuǎn)式氣化模型計(jì)算中的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本研究還利用熱重分析方法確定了棉桿顆粒與棉桿粉狀燃料的熱解過程以及后續(xù)半焦燃燒過程的動(dòng)力學(xué)特性,求解了棉桿顆粒燃料和棉桿粉狀燃料的熱解活化能分別為46.2和47kj/mol。本研究針對(duì)新型回轉(zhuǎn)式生物質(zhì)汽化器進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。根據(jù)設(shè)計(jì)燃料的元素組成與工業(yè)分析,計(jì)算燃料氣化燃燒需氧量、煙氣排放等因素,綜合考慮設(shè)計(jì)理念確定回轉(zhuǎn)式氣化爐的主體結(jié)構(gòu)尺寸；設(shè)計(jì)滿足生物質(zhì)大顆粒成型燃料持續(xù)穩(wěn)定供給的的螺旋給料機(jī),改裝以燃?xì)鉃槿剂系亩稳紵?通過管路連接給風(fēng)、預(yù)熱、給料、回轉(zhuǎn)氣化爐、二次燃燒室、尾氣處理以及煙氣排出等部分,完成以新型回轉(zhuǎn)式氣化爐為核心的系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)；最后對(duì)含床料的回轉(zhuǎn)式氣化爐流場(chǎng)流動(dòng)狀況進(jìn)行冷態(tài)模擬,得到其速度流場(chǎng)與矢量圖以及湍動(dòng)能圖,模擬結(jié)果顯示反應(yīng)核心床料區(qū)具備較好的擾動(dòng)混合特點(diǎn),可以滿足生物質(zhì)氣化反應(yīng)要求。本研究搭建了該氣化器的驗(yàn)證試驗(yàn)臺(tái)并進(jìn)行了熱態(tài)實(shí)驗(yàn),以棉桿顆粒燃料作為實(shí)驗(yàn)原料,通過控制一次風(fēng)量、給料量等條件,順利實(shí)現(xiàn)氣化爐內(nèi)在適當(dāng)溫度下維持穩(wěn)定工況的氣化過程,得到典型工況條件下氣化爐的燃?xì)獬煞?、燃?xì)鉄嶂怠a(chǎn)氣率以及氣化效率等參數(shù)。以回轉(zhuǎn)式氣化爐為研究對(duì)象,著重研究了生物質(zhì)氣化爐氣化參數(shù)隨過量空氣系數(shù)、回轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)速以及溫度等不同工況條件的變化情況,發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)條件下ER大致在0.25-0.3之間,轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)速在3r/min,在600-650-C溫度范圍內(nèi)有較好的燃?xì)饨M分、熱值、氣化效率以及他轉(zhuǎn)化率。此外,還對(duì)氣化反應(yīng)器底灰、半焦分布特性等進(jìn)行分析,探討回轉(zhuǎn)爐內(nèi)部底灰的分層分布情況,并對(duì)底灰的粒徑分析統(tǒng)計(jì)以及殘?zhí)亢康?為理解床料區(qū)內(nèi)部氣化過程及回轉(zhuǎn)爐的排渣設(shè)計(jì)提供參考和依據(jù)。本研究以生物質(zhì)熱解實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、氣化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)關(guān)系和熱態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),根據(jù)反應(yīng)過程熱平衡和物質(zhì)平衡建立了反應(yīng)器綜合模型并進(jìn)行求解。對(duì)比模型結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)二者總體變化趨勢(shì)吻合,燃?xì)鈫挝粫r(shí)間產(chǎn)率隨過量空氣系數(shù)變化的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)較為吻合。通過模型研究加深了對(duì)氣化過程反應(yīng)機(jī)理的理解以及為氣化反應(yīng)器的改進(jìn)優(yōu)化提供參考。 【關(guān)鍵詞】：生物質(zhì)顆粒燃料 回轉(zhuǎn)式 氣化 分級(jí)燃燒 動(dòng)態(tài)平衡 模擬
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK6
【目錄】：

• 致謝4-6
• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 1 緒論12-18
• 1.1 引言12
• 1.2 生物質(zhì)能特點(diǎn)12-13
• 1.3 生物質(zhì)成型燃料13-14
• 1.4 生物質(zhì)能利用技術(shù)14-15
• 1.5 本文主要研究?jī)?nèi)容15-18
• 2 生物質(zhì)氣化技術(shù)以及反應(yīng)器綜述18-25
• 2.1 引言18
• 2.2 生物質(zhì)氣化設(shè)備的研究進(jìn)展18-22
• 2.2.1 固定床反應(yīng)器18-20
• 2.2.2 流化床反應(yīng)器20-22
• 2.3 回轉(zhuǎn)式反應(yīng)器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀22-24
• 2.3.1 回轉(zhuǎn)爐國內(nèi)研究現(xiàn)狀22-23
• 2.3.2 回轉(zhuǎn)爐國外研究進(jìn)展23-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 3 生物質(zhì)熱解特性實(shí)驗(yàn)研究25-37
• 3.1 引言25
• 3.2 秸稈顆粒燃料管式爐熱解氣化特性25-31
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置25-26
• 3.2.2 試驗(yàn)燃料準(zhǔn)備26-27
• 3.2.3 不同溫度對(duì)顆粒燃料熱解產(chǎn)物的影響27-30
• 3.2.4 燃料種類與粒徑對(duì)熱解產(chǎn)物的影響30-31
• 3.3 秸稈顆粒燃料熱解動(dòng)力學(xué)特性31-35
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備31-32
• 3.3.2 熱重實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析32-33
• 3.3.3 化學(xué)動(dòng)力學(xué)參數(shù)求解33-35
• 3.4 本章小結(jié)35-37
• 4 回轉(zhuǎn)式顆粒燃料氣化燃燒試驗(yàn)系統(tǒng)37-50
• 4.1 引言37
• 4.2 試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程37-46
• 4.2.1 燃料燃燒特性計(jì)算37-38
• 4.2.2 爐膛形狀尺寸確定38-41
• 4.2.3 秸稈顆粒燃料給料機(jī)設(shè)計(jì)41-45
• 4.2.4 二次燃燒室45-46
• 4.3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成46-47
• 4.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)備流場(chǎng)流動(dòng)特性47-49
• 4.5 本章小結(jié)49-50
• 5 回轉(zhuǎn)式氣化爐運(yùn)行和間接燃燒實(shí)驗(yàn)研究50-69
• 5.1 引言50
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分50-51
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備50
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)點(diǎn)火過程及點(diǎn)火特性50-51
• 5.3 回轉(zhuǎn)式燃燒爐氣化燃燒實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果分析51-67
• 5.3.1 回轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)速對(duì)生物質(zhì)氣化的影響52-55
• 5.3.2 溫度對(duì)生物質(zhì)氣化的影響55-57
• 5.3.3 當(dāng)量比(ER)對(duì)生物質(zhì)氣化的影響57-59
• 5.3.4 回轉(zhuǎn)式燃燒爐氣化燃燒整體工況分析59-63
• 5.3.5 回轉(zhuǎn)爐底灰與殘?zhí)糠植继匦苑治?/span>63-67
• 5.4 本章小結(jié)67-69
• 6 生物質(zhì)氣化動(dòng)態(tài)平衡模型模擬69-80
• 6.1 引言69-70
• 6.2 回轉(zhuǎn)爐內(nèi)生物質(zhì)氣化模型建立70-75
• 6.2.1 生物質(zhì)氣化過程及物理化學(xué)原理70-72
• 6.2.2 回轉(zhuǎn)爐內(nèi)動(dòng)力學(xué)平衡氣化模型的建立72-75
• 6.3 回轉(zhuǎn)爐動(dòng)力學(xué)平衡氣化模型計(jì)算及結(jié)果分析75-79
• 6.3.1 模型的計(jì)算75-76
• 6.3.2 模型計(jì)算結(jié)果分析76-79
• 6.4 本章小結(jié)79-80
• 7 全文總結(jié)與工作展望80-86
• 7.1 主要研究總結(jié)80-83
• 7.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)83
• 7.3 未來的研究展望83-86
• 參考文獻(xiàn)86-90
• 作者簡(jiǎn)歷90

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