秸稈燃料特性及清潔燃燒設(shè)備研究

【摘要】：我國是世界第二大能源消耗國,隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展,能源缺口和環(huán)境壓力越來越大。我國秸稈資源豐富,但每年約1.9億t秸稈被焚燒或浪費掉,造成極大的污染。針對供熱采暖的能源需求不斷增加,利用農(nóng)業(yè)廢棄物秸稈作為能源原料成為一種必然趨勢。但由于秸稈中堿及堿金屬、C1和N等有害元素含量高,在燃燒過程中,存在易結(jié)渣聚團和氮氧化合物排放含量較高等特點,同時我國針對秸稈燃料的生物質(zhì)鍋爐研發(fā)也處于起步階段,尤其是利用生物質(zhì)鍋爐的數(shù)值建模并進行鍋爐結(jié)構(gòu)及燃燒優(yōu)化開展的不多。因此本文的主要內(nèi)容包括以下幾個方面： (1)建立DTG-DTA延時點火溫度的確定方法。根據(jù)點火溫度的熱平衡理論和均相點火理論,通過對檢測的延時確定,建立了新方法。選取了代表傳統(tǒng)生物質(zhì)燃料中的紅松、棉秸稈、小麥秸稈、玉米秸稈和甜高粱莖稈發(fā)酵后殘渣5種燃料,對傳統(tǒng)及新的點火溫度確定方法進行了熱平衡局限性分析和誤差分析。新方法具有明確的熱平衡物理意義和較高的穩(wěn)定性(RSD為0.26%),整體平均誤差為3.65%。在不同升溫速率時試驗顯示,升溫速率小于(或者等于)10K/min時,DTG固定失重速率法是確定點火溫度的首選方法,平均誤差1.07%；反之,DTG-DTA延時法是最好的確定方法,平均誤差3.50%。在多樣品燃料性能計算時,應(yīng)選取不同的點火溫度確定方法,為生物質(zhì)燃料提供準確的性能計算。并對常用甜高粱莖稈發(fā)酵后殘渣的燃燒特性進行了計算,計算結(jié)果顯示,其各項燃燒性能都是最差。 (2)基于清潔燃燒角度出發(fā),開展了甜高梁莖稈發(fā)酵后殘渣作為燃料可能性的試驗。主要包括甜高粱莖稈發(fā)酵后殘渣的多相燃燒規(guī)律、NOx排放規(guī)律試驗及水洗預(yù)處理改善燃料性能的試驗研究。試驗證實,需通過嚴格的燃燒措施,才能保證NOx排放達到相關(guān)標準要求；水洗有助于脫除燃料灰分,提高低位熱值,大幅降低原料中的C1、N的元素含量,減輕燃料結(jié)渣現(xiàn)象。常溫下,采用水洗固液比1：30攪拌30min進行預(yù)處理,能確保燃料中C1、N元素同時滿足清潔燃燒需求,結(jié)渣程度減緩,能量損失最小。采用自然晾曬和水循環(huán)處理可完全節(jié)約脫硝費用,有助于提高經(jīng)濟效益。 (3)針對生物質(zhì)燃料特性,并從燃料物理性質(zhì)出發(fā),通過爐排選擇及計算,燃燒產(chǎn)物計算,熱平衡及爐膛結(jié)構(gòu)等計算,開展1T生物質(zhì)鏈條鍋爐的設(shè)計及自動上料系統(tǒng)及鍋爐的二級除塵系統(tǒng)設(shè)計。 (4)通過基本流體方程,結(jié)合生物質(zhì)燃燒的子過程,確定了料床燃燒模型,并與爐膛燃燒進行耦合,構(gòu)建了生物質(zhì)鍋爐的數(shù)值模型。并在此基礎(chǔ)上開展了冷態(tài)下的爐膛模擬,確定了后拱覆蓋率為60%的爐拱結(jié)構(gòu)和配風(fēng)調(diào)整所需燃燒優(yōu)化方案；基于NOx最小排放濃度的計算結(jié)果顯示,4：3：3的配風(fēng)時NOx排放濃度最小,116.93mg/Nm.；煙氣在二次空間的未完全燃燒同樣不利于NOx的減排。 (5)開展生物質(zhì)鍋爐運行試驗,進行了熱工性能測試和污染物排放測試,生物質(zhì)鍋爐的平均熱效率超過80%,大氣污染物排放低于國家相關(guān)標準要求,達到相應(yīng)的設(shè)計目標,為生物質(zhì)燃燒設(shè)備的下一步開發(fā)提供了相關(guān)依據(jù)。 【關(guān)鍵詞】：生物質(zhì)鍋爐 燃燒特性 秸稈 清潔燃燒 數(shù)值計算
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK6;TK227
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 第一章 緒論12-29
• 1.1 引言12-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-27
• 1.3 研究內(nèi)容及研究方法27-29
• 第二章 秸稈燃料燃燒特性29-54
• 2.1 引言29-30
• 2.2 點火溫度確定方法研究30-42
• 2.3 燃燒特性計算42-45
• 2.4 甜高粱莖稈發(fā)酵后殘渣的多相燃燒及NO_x排放特性試驗45-53
• 2.5 本章小結(jié)53-54
• 第三章 水洗預(yù)處理改善甜高粱莖稈發(fā)酵后殘渣燃料性能的試驗研究54-63
• 3.1 引言54
• 3.2 材料與方法54-55
• 3.3 試驗結(jié)果與分析55-60
• 3.4 清潔燃燒與經(jīng)濟分析60-61
• 3.5 本章小結(jié)61-63
• 第四章 生物質(zhì)鍋爐設(shè)計63-84
• 4.1 引言63
• 4.2 生物質(zhì)鍋爐爐排系統(tǒng)63-66
• 4.3 鍋爐參數(shù)66-71
• 4.4 爐膛熱力計算71-72
• 4.5 爐拱計算72-77
• 4.6 生物質(zhì)鍋爐燃料及除塵系統(tǒng)77-83
• 4.7 本章小結(jié)83-84
• 第五章 生物質(zhì)鍋爐的數(shù)值建模及爐拱結(jié)構(gòu)和配風(fēng)優(yōu)化84-110
• 5.1 引言84
• 5.2 基本流體方程84-90
• 5.3 生物質(zhì)顆粒燃燒過程90-96
• 5.4 爐膛燃燒模型96-97
• 5.5 爐膛與床層的耦合97-99
• 5.6 爐拱結(jié)構(gòu)確定與配風(fēng)優(yōu)化99-109
• 5.7 本章小結(jié)109-110
• 第六章 生物質(zhì)鍋爐運行試驗110-120
• 6.1 引言110
• 6.2 燃燒試驗110-111
• 6.3 大氣污染物排放檢測111-118
• 6.4 低熱值燃料適應(yīng)性試驗118-119
• 6.5 本章小結(jié)119-120
• 第七章 結(jié)論與展望120-123
• 7.1 主要結(jié)論120-121
• 7.2 主要創(chuàng)新點121
• 7.3 研究工作展望121-123
• 參考文獻123-135
• 作者簡介135-136
• 致謝136

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