秸秆固化成型燃料助燃剂研制及燃烧特性试验与模拟研究

【摘要】： 我国是世界上最大的农业国家,年产各类作物秸秆总量达7.1亿吨。其中,约有40%-50%秸秆未被利用,常被露天焚烧,导致严重的大气污染和火灾,秸秆焚烧已经成为全国各地都面临的一大环境问题。通过固化成型技术把秸秆转化成生物质固化成型燃料(Densified biomass briquetting fuel, DBBF)是秸秆能源化利用的有效方法。但是,当DBBF用于小型炊事炉时,存在点不着火、点火时间长和烟气污染等问题,从而严重影响了DBBF的推广和使用。因此,研制经济、有效和环境友好的成型燃料专用引火助燃剂,对解决成型燃料点火难、污染问题及成型燃料炉具的改进具有重要的实际意义。本文针对玉米秸秆固化成型燃料(Densified corn stover briquetting fuel, DCBF)及其LLA-6型生物质半气化炉,研制了多种DCBF引火助燃剂,并对其点火性能和点火特性进行了试验研究与评价、实现了DCBF的快速点燃,并且烟气排放达到了环保要求；同时,还开展了DCBF燃烧特性及其数值模拟方面的研究,获得了一些重要的结论。 1.引火助燃剂研制及其点火特性和烟气排放特性研究。(1)用废机油、废柴油和工业酒精以不同的体积比研制出25种液体助燃剂,通过反复点火试验,综合考虑成本及点火特性等各种因素,初步选定ED15和DA51两种助燃剂做为备选助燃剂,其最佳用量分别为9 mL和8 mL,比不用助燃剂点火速度快30-40倍。(2)对不同用量的助燃剂ED15和DA51引燃过程中的烟气排放情况(包括烟气中的O2、CO2、CO、烟气温度、NO、NO2、NOx、SO2和燃烧效率这9项指标)进行了试验研究,研究结果表明：两种助燃剂烟气排放指标均符合北京市地方排放标准,助燃剂ED15用量为9 mL时污染物排放较低,因此,助燃剂ED15被确定为待推广的助燃剂。 2. DCBF燃烧特性试验研究与分析。(1)利用柴炉热性能试验方法对LLA-6型炉具的热性能进行了测试,结果显示其热效率只有20%,没能达到北京市地方标准(热效率≥35%)。(2)利用热电偶温度传感器和精密天平分别对炉具内各位置的温度和燃烧失重量进行测定。根据所测温度和失重量数据对燃烧过程进行动力学分析。利用“多变混合速率扫描法”得出DCBF在LLA-6型炊事炉中燃烧时的燃烧机理：在快速升温阶段和降温阶段DCBF燃烧符合的三维扩散机理,球形对称,3D,D4,减速形a-t曲线,其积分形式表达式为；在快速升温与温度恒定之间的拐点处和恒定温度阶段DCBF燃烧机理属于化学反应,F2,减速形a-t曲线,其积分形式表达式。(3)利用烟气分析仪对燃烧过程中烟气排放的各种污染物指标进行监测,发现在整个燃烧过程中污染物排放指标均符合北京市地方污染物排放标准。有风条件下的各种污染物排放指标略高于无风条件下的各种污染物排放指标。因此,在无风条件下助燃剂ED15用量为9mL时效果最佳。 3. DCBF燃烧特性的数值模拟。利用Fluent软件和燃烧过程所遵循的基本定律,采用湍流和有限速率等燃烧模型对DCBF燃烧特笥进行数值模拟,结果发现：(1)燃烧炉内CO2浓度为18.4%,在炉口处的CO2浓度为9%左右,排烟管中CO2浓度为6.47%；在助燃器内几乎没有任何化学反应发生,助燃器并没有起到应有的助燃作用,而是起了降低热效率的作用。(2)通过对32种不同改进情况进行模拟,结果表明助燃器通风孔全部关闭时(即没有二次进风)效果最好。助燃器内部温度范围为990-1020K,炉口处最高温度为1020K。没有二次进风时炉口处温度分别比关闭0排、1排、2排、3排和4排通风孔时高19.86%、29.86%、37.67%、39.59%和39.73%。因此,推荐改造最佳方案为不用助燃器,不带二次进风。由助燃器散热及二次进风带走的热损失q2和q3之和为19.21%。将助燃器及二次进风除掉,将助燃器部分直接改为火焰通道,可将原炉具的热效率20%提高到39.21%,可以使热效率提高近1倍,并可使炉具达到北京市地方标准。 综上所述,助燃剂ED15用量为9 mL时引燃DCBF效果最佳,在无风条件下,将LLA-6型炉具助燃器部分改为封闭式的火焰通道,DCBF燃烧效果最佳,热效率可达到39.21%。 【关键词】：秸秆固化成型燃料 助燃剂 燃烧特性 模拟
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TK16
【目录】：

• 摘要6-9
• ABSTRACT9-19
• 符号说明19-20
• 第一章 绪论20-35
• 1.1 秸秆的产生量20
• 1.2 秸秆的利用途径20-23
• 1.2.1 秸秆肥料化21
• 1.2.2 秸秆饲料化21
• 1.2.3 秸秆材料化21-22
• 1.2.4 秸秆能源化22-23
• 1.3 国内外研究现状23-32
• 1.3.1 成型燃料技术23-25
• 1.3.2 炉具发展现状25-26
• 1.3.3 助燃剂研究现状26-27
• 1.3.4 成型燃料特性及燃烧机理研究27-28
• 1.3.5 燃烧模拟研究现状28-32
• 1.4 研究目的和研究内容32-35
• 1.4.1 研究目的及意义32-33
• 1.4.2 研究内容33-35
• 第二章 生物质固化成型燃料引火助燃剂研制35-56
• 2.1 试验材料35-37
• 2.1.1 成型燃料35
• 2.1.2 助燃剂研制所用原料35-37
• 2.1.3 分析仪器37
• 2.2 试验装置37-38
• 2.3 试验方法38-40
• 2.3.1 固体助燃剂试验方法38-39
• 2.3.2 粉末助燃剂试验方法39
• 2.3.3 液体助燃剂试验方法39-40
• 2.4 结果与讨论40-54
• 2.4.1 固体助燃剂引燃情况40-41
• 2.4.2 粉末助燃剂引燃情况41
• 2.4.3 液体助燃剂引燃情况41-54
• 2.5 本章小结54-56
• 第三章 助燃剂点火过程烟气排放特性研究56-67
• 3.1 试验材料56-57
• 3.1.1 成型燃料56
• 3.1.2 液体燃料56
• 3.1.3 分析仪器56-57
• 3.2 试验方法57-58
• 3.3 结果与讨论58-65
• 3.3.1 烟气中O_2浓度分析58-59
• 3.3.2 烟气中CO_2浓度分析59
• 3.3.3 烟气中CO浓度分析59-60
• 3.3.4 烟气温度60-61
• 3.3.5 烟气中NO分析61-62
• 3.3.6 烟气中NO_2分析62-63
• 3.3.7 烟气中NO_x分析63-64
• 3.3.8 烟气中SO_2分析64
• 3.3.9 燃烧效率64-65
• 3.4 本章小结65-67
• 第四章 DCBF燃烧特性试验研究与分析67-92
• 4.1 试验材料67-68
• 4.1.1 试验原料67
• 4.1.2 分析仪器67-68
• 4.2 试验方法68-69
• 4.2.1 热效率68
• 4.2.2 燃烧特性68-69
• 4.2.3 烟气排放监测69
• 4.3 结果与讨论69-90
• 4.3.1 热效率69-70
• 4.3.2 燃烧特性研究70-76
• 4.3.3 燃烧炉温度变化76-82
• 4.3.4 燃烧过程中烟气变化82-90
• 4.4 本章小结90-92
• 第五章 燃烧特性的数值模拟92-117
• 5.1 模拟方法92-94
• 5.1.1 网格划分93-94
• 5.1.2 边界条件94
• 5.2 模型及定律94-102
• 5.2.1 反应流基本方程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 数值方法100-102
• 5.3 模拟结果与讨论102-115
• 5.3.1 燃烧过程烟气分布情况模拟102-110
• 5.3.2 炉具改进情况模拟110-114
• 5.3.3 炉具热效率估算114-115
• 5.4 本章小结115-117
• 第六章 结论117-120
• 6.1 结论117-118
• 6.2 创新点118
• 6.3 展望118-120
• 参考文献120-127
• 致谢127-128
• 研究成果及发表的学术论文128-129
• 作者和导师简介129-130
• 北京化工大学博士研究生学位论文答辩委员会决议书130-131

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

煤用增燃剂    石深泉 ,薛振治

秸秆直接液化技术研究进展    徐凤英;梁英;方桂珍;

积极推广户用高效低排放炉具    郝芳洲;

我国燃煤电站锅炉NO_x排放的现状分析和应对措施    张海,吕俊复,徐秀清,曾瑞良,岳光溪

超细煤粉再燃低NO_x燃烧技术的数值模拟    郭永红,孙保民,康志忠

农作物秸秆综合利用技术研究进展    白立勇;周广田;赵文娟;

燃气汽车发动机润滑油    冯克权

原料含水率及成型直径对秸秆成型燃料耐久性的影响    赵青玲;张培远;刘俊红;张百良;樊峰鸣;

燃煤助燃剂及配方原理    缪娟

玉米秸秆多羟基醇液化研究    王高升;张吉宏;陈夫山;胡惠仁;

    农友

生物质（秸秆）成型燃料燃烧动力学特性及液压秸秆成型机改进设计研究    马孝琴

生物质成型燃料在农村推广的机制设计与政策研究    刘俊红

家用生物质成型燃料炉具的设计与研究    侯中兰

液压生物质成型设备与技术的推广应用研究    张莉梅

生物质颗粒燃料燃烧数值模拟    王丹

柴油乙醇花生油混合燃料实验研究    安晓东

我国民族地区教育发展的现状与对策    顾华详

热重法测定聚合物热降解反应动力学参数进展    刘元俊,贺传兰,邓建国,冀克俭,张银生,孙思修

溴化聚苯乙烯协同三氧化二锑阻燃PA66热分解动力学研究    徐晓楠;王芳;华菲;

高龄老人户外交往空间设计分析    付飞;李异;张健;

全球气候变化下低碳城市实现的规划途径    张洪波;徐苏宁;

基于情景分析法的循环经济规划研究——以安徽能源循环经济规划为例    崔木花;

略论非合理性政府行为与政府成本刚性    汪少波

当前我国分配领域的突出问题及其对策分析    黄晓霓;

植物秸秆燃料特性分析    刘辉;

对我国居民消费率过低的几点思考    王守敬;

基于热重法的电缆材料热解动力学研究    杨玲;钮英建;

长三角循环经济发展所面临的主要挑战    胡建一;

京津冀区域旅游文化产业合作研究    常慧娟;

节能高效、减排低碳与责任和快速工业化及经济腾飞    滕吉文;阮小敏;张永谦;闫雅芬;

民营房地产业发展报告    李毅;

我国生活垃圾分类回收的推广与普及    王娜;邱琦;

化肥减施及秸秆过腹还田对土壤理化性质的影响——以弘毅生态农场为例    唐海龙;徐玉新;蒋高明;刘沙沙;张偲;钟世霞;

苕溪流域典型村落水污染特征调查研究    郭雪松;邹娟;梁瀚文;刘俊新;

含能材料安定性的动态真空安定性研究方法    张同来;刘芮;杨利;周遵宁;

过氧化月桂酰的热分解动力学研究    臧娜;钱新明;

点火能量与初始压力对瓦斯爆炸特性的影响研究    李润之

珠江三角洲城市职业女性体育生活方式研究    杜熙茹

g-HA/PLA生物复合材料的制备与性能研究    李佳

有壁面质量注入通道流体动力学典型问题分析    王革

交替灌溉对间作群体水分利用特征的影响及其机理    杨彩红

碱式硫酸镁晶须的合成及表面改性研究    高传慧

科学人才观的理论内涵与实践应用研究    胡雪梅

科技进步对劳动就业影响的实证研究    汪慧玲

转型中的中国国家治理研究    陈春常

污泥热解制取富氢燃气实验及机理研究    熊思江

基于DEA方法的农地利用效率差异研究    高晓辉

风干淡水鱼鱼松压缩成型特性研究    张京

农业废弃物热解特性的研究    唐京禧

棉花纤维发育伸长期和次生壁加厚期数字表达谱分析    闫恒超

湖北省农村沼气产业化发展模式与对策研究    刘莹玉

已建池农户沼气消费偏好的影响因素分析    王维薇

煤氧化的反应机理函数和热效应的研究    郑艳敏

资源型城市生态经济系统可持续发展研究    王旭

生物质与煤共热解实验研究    朱孔远

煤粉永磁强磁滤器的研究    刘鹏

山东省农作物秸秆资源及其开发利用    王志凤;王倩;

我国农作物秸秆综合利用与循环经济    任仲杰;顾孟迪;

玉米秸秆发酵生产燃料乙醇的研究综述    张亮;伍小兵;翟井振;

固体酸Zr(SO_4)_2·4H_2O催化制备生物柴油    曹宏远;曹维良;张敬畅;

国外生物质能转化技术与应用    王海滨

改性Mo_2C/Al_2O_3催化剂用于甲烷部分氧化制合成气    朱全力,杨建,季生福,王嘉欣,汪汉卿

无溶剂系统中固定化脂肪酶催化废油脂转酯生产生物柴油    吴虹,宗敏华,娄文勇

固定化脂肪酶催化高酸废油脂酯交换生产生物柴油    陈志锋;吴虹;宗敏华;

生物质致密成型技术处理木材加工废弃物的应用    姜洋,曲静霞,潘亚杰,何光设

我国农作物秸秆综合利用现状    吴树栋

生物质（秸秆）成型燃料燃烧动力学特性及液压秸秆成型机改进设计研究    马孝琴

生物质（秸秆）成型燃料燃烧设备研制及试验研究    刘圣勇

我国农村秸秆成型燃料规模化技术研究    樊峰鸣

中国与IEA国家生物质能利用比较研究    岳建芝

四墙切圆煤粉燃烧室内湍流气粒两相流动与燃烧数值模拟的研究    田华丽

污水污泥在流化床内燃烧特性的试验研究    李爱民,王志,魏砾宏,蔡九菊

混料工艺对Al+Fe_2O_3铝热剂燃烧特性的影响    张继祥,夏天东,赵文军,刘天佐

煤和石油焦混合燃料在循环流化床中的燃烧特性    王凤君,赵长遂

多线程技术在汽油机峰值压力测量中的应用    石本改,李岳林,刘志强,王艺娟

生物质燃气燃烧装置的探讨    刘永艳;王述洋;

O_2/CO_2燃烧技术及其污染物生成与控制    刘忠;宋蔷;姚强;张利琴;

稻壳燃烧特性与动力学模型的研究    陆飞;王永桥;章静;卢平;

硼粉理化特性及其在富燃料固体推进剂中的应用进展    庞维强;樊学忠;吕康;

油页岩循环流化床锅炉炉内温度与SO_2浓度的数值模拟    李少华;潘冬慧;张立栋;王擎;

铝颗粒燃烧特性研究进展    成红刚;陈雄;周长省;郑健;

材料燃烧特性国家基础数据库的建立探讨    毛莹;

废塑料燃烧特性的实验室研究    龙世刚;孟庆民;徐春;曹绍辉;

含纳米铝粉复合固体推进剂的燃烧特性及机理分析    段军鸿;丁敦辉;张宇驰;李疏芬;

混煤燃烧特性的研究    欧阳德刚;罗安智;朱善合;邹明金;王海清;

典型村镇垃圾燃烧、脱氯特性及机理研究    刘金生;陈江;

用DSC试验评价煤的燃烧特性    钱秋兰;

生物柴油的喷雾及燃烧与排放特性研究    李理光;张旭升;胡宗杰;邓俊;吴志军;

含纳米铝粉复合推进剂的燃烧特性    孙运兰;李疏芬;丁敦辉;

石灰石对煤粉燃烧特性影响的热重法研究    张洪;李梅;孙明;范佳鑫;

利用压力能平衡天然气燃烧特性的节能技术研究    罗东晓;

煤质分析对新型干法水泥生产的影响    司马晨曦

输美服装应加强面料阻燃性能检测    王定俞叶丹

锅炉煤燃烧技术获突破    赵军

今年溪桥无“狼烟”    记者　 谢成明

培训不到位 无知酿火灾    杨育恒

燃煤性质变化对锅炉运行调整的影响    山西省锅炉压力容器监督检验所 王强

外墙保温防火试验及建筑应用的研究（三）    供稿 北京振利高新技术公司

“孔明灯”的启示    成都 生为

上海市汽车零配件产品抽查合格率97.6%    尚祭坚

严格规范生物质能源的使用标准    中国汽车技术研究中心首席专家 王务林

秸秆固化成型燃料助燃剂研制及燃烧特性试验与模拟研究    袁海荣

低品位水煤浆成浆、燃烧特性研究及应用    张传名

生物质气燃烧特性及火焰结构的相关研究    刘昌业

城市生活垃圾燃烧特性及新型流化床焚烧技术的研究    金余其

循环流化床焚烧炉中生活垃圾燃烧特性研究    闫涛

混煤高效低污染燃烧特性研究    李永华

动力配煤的理论与应用研究    戴财胜

小球粘结高燃速推进剂燃烧特性研究    郭效德

高能固体推进剂燃速数值模拟    李苗苗

生物制气—柴油双燃料发动机燃烧试验与模拟    梁昱

高效清洁柴油燃料氧化剂及降低柴油机排放的应用研究    毛功平

混煤热解燃烧特性的试验研究    王晓雷

高过载下延期药的燃烧特性研究    武双章

玉米秸秆燃烧特性试验研究    薛海亮

工业蜂窝型煤的配比及燃烧特性研究    王文生

几种能源树种燃烧特性的研究    何宝华

生物柴油在直喷式柴油机上的燃烧和排放特性研究    刘津

生物制气—柴油双燃料发动机燃烧特性和放热规律研究    刘乔明

碱性物质对生物质混煤燃烧及污染物排放特性影响规律研究    刘兆萍

生活垃圾燃烧特性的影响因素    沈滨文