秸秆类生物质层燃燃烧特性的试验研究

【摘要】： 随着能源短缺和环境恶化,我国面临着一系列的经济和环境问题,生物质的能源化利用正受到越来越多的重视。层燃是我国一种主要的燃烧方式,根据我国国情,小型电站锅炉和工业链条炉需要进行改造,生物质层燃燃烧可以广泛应用于电站锅炉及工业锅炉中,生物质燃料层燃燃烧特性的研究具有重要的工业意义。 本文从微观和宏观角度研究分析了不同种类生物质燃料的燃烧特性,采用热分析方法进行生物质燃料燃烧动力学分析,并通过单元体试验台研究不同生物质燃料的层燃燃烧特性,分析影响层燃炉燃烧的主要因素(燃料特性、形状尺寸、配风)。 在对生物质燃料进行热分析试验中,采用对数法将燃料的燃烧失重曲线进行温度区间的划分,并分析失重原因。采用着火温度、燃烧稳定性判别指数、挥发分析出特性指数及燃烧特性指数来判定燃料的燃烧性能,并分析升温速率、载气气氛及本身化学组分对燃料燃烧失重过程的影响。实验中,加入了气相产物及焦油产物的在线检测,与失重曲线进行对照分析,可以验证前面的燃烧失重原因的假设。对燃烧过程进行动力学分析,得到了反应活化能和频率因子,对燃烧失重过程进行了数学模拟。 本文对生物质燃料层燃燃烧过程进行了研究分析,概括了影响生物质燃料层燃燃烧特性的主要因素,建立了生物质层燃燃烧的单元体模型。设计并搭建了多功能试验台,可以进行层燃燃烧、室燃燃烧及配风等试验的模拟,本文用于研究层燃炉燃烧的小型层燃炉燃烧实验系统,为研究生物质层燃炉燃烧特性提供了重要的研究条件。 实验中,采用着火锋面传播速率、着火锋面温度以及床层上方的烟气成分分析来判定不同形状、尺寸及种类的生物质燃料在不同给风量条件下的层燃燃烧特性。可以看到:⑴尺寸较小燃料颗粒,完全燃尽需要的时间较长,燃烧过程中床层温度较高,且燃烧的稳定性较好;⑵经过压缩的成型生物质燃料,能量密度高,燃料颗粒比较均匀,燃烧稳定性好,适合层燃燃烧。粉碎的生物质燃料容易发生吹熄现象,适合室燃燃烧;⑶不同种类的生物质,层燃燃烧的燃尽时间不同,挥发分含量高,着火锋面传播速率越大,燃尽时间越短;灰分含量越高,其着火锋面速率在床层上的分布越不均匀,燃烧稳定性越差。生物质燃料挥发分含量较高,燃烧强烈区域靠前,应根据其燃料的特性来设定各个风仓的配风量;⑷层燃炉中风量的大小将影响到燃料的燃尽时间和炉膛的温度,由于生物质挥发分含量高,容易着火和燃尽,并且能量密度低,过量空气系数不易过大。 【关键词】：生物质 燃烧动力学 层燃燃烧 焦油
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TK16
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 课题的研究背景11-12
• 1.2 生物质燃烧技术的应用现状12-16
• 1.3 国内外生物质层燃燃烧技术的研究进展16-17
• 1.4 本文研究的目的和主要内容17-18
• 第二章 秸秆类生物质燃烧基础理论18-30
• 2.1 生物质的化学组成及结构18-19
• 2.2 生物质热化学转化方法19-20
• 2.2.1 生物质直接燃烧技术19-20
• 2.2.2 生物质气化技术20
• 2.2.3 生物质热解技术20
• 2.3 生物质层燃燃烧理论20-29
• 2.3.1 生物质层燃燃烧技术21-23
• 2.3.2 传热过程23-24
• 2.3.3 固体燃料颗粒在炉内的受热24-25
• 2.3.4 燃料的干燥25-26
• 2.3.5 挥发分析出（热解）26-27
• 2.3.6 挥发分的燃烧27-28
• 2.3.7 焦炭的燃烧28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 秸秆类生物质燃烧动力学特性实验研究30-59
• 3.1 热分析原理30-31
• 3.2 实验装置及方法31-33
• 3.3 实验原料33
• 3.4 实验结果分析33-41
• 3.4.1 热重曲线分析33-37
• 3.4.2 着火温度和燃烧稳定性37-39
• 3.4.3 挥发分析出特性指数39
• 3.4.4 燃烧特性指数39-40
• 3.4.5 生物质燃料燃烧特性分析40-41
• 3.5 秸秆类生物质燃料燃烧动力学分析41-50
• 3.5.1 动力学模型建立42-43
• 3.5.2 动力学参数的确定43-50
• 3.6 秸秆类生物质燃烧气体产物分析50-57
• 3.6.1 质谱仪原理介绍50-51
• 3.6.2 小分子气相产物分析51-54
• 3.6.3 焦油产物分析54-57
• 3.7 本章小结57-59
• 第四章 秸秆类生物质层燃燃烧实验59-75
• 4.1 单元体炉实验原理59-60
• 4.2 实验原料60
• 4.3 实验装置及方法60-62
• 4.4 实验结果分析62-73
• 4.4.1 层燃燃烧床层的温度分布及气相产物分析64-66
• 4.4.2 给风量对层燃燃烧的影响66-69
• 4.4.3 燃料形状尺寸对层燃燃烧的影响69-71
• 4.4.4 燃料种类对层燃燃烧的影响71-73
• 4.5 本章小结73-75
• 第五章 全文总结75-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-82
• 攻读硕士学位期间发表论文目录82

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