【摘要】：成型生物質(zhì)因為密度高,便于存儲、運輸、管理,逐漸被廣泛應(yīng)用。煤與成型生物質(zhì)的混燒,可降低污染物的排放,提高能量密度,結(jié)合了兩種不同能源的優(yōu)點。流化床中煤與生物質(zhì)混燒是一項有前景的火力發(fā)電技術(shù)。因為傳統(tǒng)試驗手段研究的局限性,數(shù)值模擬已經(jīng)成為研究流化床的重要手段。本課題通過試驗和數(shù)值模擬的方法,對流化床內(nèi)煤與成型生物質(zhì)的流動、傳熱和燃燒進行了研究,為工業(yè)化應(yīng)用提供可靠參數(shù)和信息指導(dǎo)。通過熱重試驗研究了煤與成型生物質(zhì)的燃燒特性,研究生物質(zhì)摻混比對著火溫度、燃燒速率、燃燼溫度、燃燒指數(shù)等燃燒參數(shù)的影響,判斷不同煤種與生物質(zhì)之間的協(xié)同作用。煤的燃燒性能通過生物質(zhì)的加入得到改善,生物質(zhì)和褐煤之間的協(xié)同作用大于生物質(zhì)和煙煤之間的協(xié)同作用。通過熱動力學(xué)分析煤與生物質(zhì)的不同燃燒階段,選擇最適合的燃燒模型函數(shù)。其中,化學(xué)反應(yīng)一級模型適用于煙煤與生物質(zhì)混燒中的揮發(fā)分釋放與燃燒,和煤中碳燃燒階段;擴散控制模型適用于褐煤與生物質(zhì)的混燒。搭建了煤與成型生物質(zhì)流動小試裝置,測量床內(nèi)的壓差脈動信號,采用壓差法確定最小流化速度,推導(dǎo)最小流化速度公式,并根據(jù)生物質(zhì)分布規(guī)律選擇合適的流化床操作速度。研究生物質(zhì)摻混比例、流化風速等對流型變化的影響:利用遞歸圖考察床內(nèi)流動的周期性、穩(wěn)定性等特征。通過Hilbert-Huang Transform方法,研究煤與成型生物質(zhì)混合流動的頻率特征,分析床內(nèi)的內(nèi)稟模態(tài)函數(shù)能量及頻率分布特征。搭建了煤與成型生物質(zhì)流動、傳熱的試驗裝置,通過紅外熱成像和高速攝影儀對流動傳熱過程中的顆粒溫度、顆粒流動、氣泡變化等行為進行記錄。利用虛擬球元法構(gòu)建成型生物質(zhì),引入顆粒體積系數(shù)概念,修正氣固作用力。將改進的DEM-CFD流動模型與傳熱模型耦合,模擬煤與成型生物質(zhì)的流動、傳熱過程,并將模擬結(jié)果和試驗結(jié)果進行對比。提取顆粒溫度、混合指數(shù)和傳熱量等特征值,研究流化風速和成型生物質(zhì)添加對這些特征值的影響。研發(fā)設(shè)計了煤與成型生物質(zhì)混燒的流化床裝置,研究了生物質(zhì)摻混對污染物排放、底渣結(jié)渣率、重金屬形態(tài)和環(huán)境風險的影響。生物質(zhì)硫、氮含量低,和煤混燒時對二氧化硫和一氧化氮有明顯的減排作用。生物質(zhì)中的堿金屬和堿土元素,可以抑制煤燃燒過程中微量重金屬元素的揮發(fā),特別是對鉻、鎳、釩的作用更加明顯�；医Y(jié)渣指數(shù)對煤與成型生物質(zhì)混燒具有一定的預(yù)測作用,混燒可有效降低結(jié)渣的可能性。為了更加全面、準確的進行風險評價,綜合考慮了不同的環(huán)境風險評價方法,既研究了重金屬總濃度對環(huán)境的影響,又考慮了重金屬的敏感度和可移動性。采用歐拉-歐拉與化學(xué)反應(yīng)耦合的數(shù)學(xué)模型,引入污染物的釋放和脫除模型,對煤與成型生物質(zhì)的混燒進行了數(shù)值模擬,分析床內(nèi)溫度場,一氧化碳、二氧化硫和一氧化氮的濃度分布,將不同生物質(zhì)摻混比例下的數(shù)值模擬結(jié)果與試驗結(jié)果進行對比。摻混比例小于10%時,混合燃燒的模擬結(jié)果與試驗測量值有較好的吻合度。摻混比例大于10%時,混合燃燒的模擬結(jié)果與試驗值出現(xiàn)一定程度的誤差,誤差率在15%左右。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM611;TK227
【圖文】：

1.1 課題能源源的需求然而，過據(jù)全球排放量達排，越來源廣，成題的背景源與環(huán)境問求量巨大。過多煤炭的能源年報達到了 879來越多的可成本低，“景問題是當今未來一段的燃燒會導(dǎo)致（2017 年）96 Mt。隨著可再生能源研無污染”等第一社會的兩大時間內(nèi)，燃致嚴重的環(huán)的統(tǒng)計[2]，著全球氣候研究得到重等優(yōu)點[3]，受第一章 緒論一章 緒大熱點。中燃煤發(fā)電依環(huán)境問題，最中國 201候變暖的加劇重視。生物質(zhì)受到廣泛的緒論國是一個快然是我國的最為明顯的是6 年由于化劇，世界范質(zhì)作為可再的應(yīng)用�？焖侔l(fā)展的發(fā)的主要能源是溫室氣體化石能源燃燒范圍內(nèi)開始了再生能源的重發(fā)展中國家源利用形式之體二氧化碳燒產(chǎn)生的二了對二氧化重要組成，家，對能之一[1]。的排放。二氧化碳化碳的減因其來

比率大于致結(jié)渣或圖2-4 試2.3.4 煤根據(jù)物質(zhì)或煤力學(xué)應(yīng)單物的燃燒階段選取對高的相關(guān)差可能是由5%）不能完于 50%時，或團聚，降試驗熱重、理偏差煤與生物質(zhì)混據(jù)本章第 2煤/生物質(zhì)共單獨分析，燒模型對比取的最適燃于煙煤、生關(guān)系數(shù)，即由試驗誤差完全被消除堿金屬/堿降低燃燒反理論熱重及之; (c) 褐煤/生混燒的動力2.3.1 節(jié)的分共混物的燃選取最為比，從中選燃燒模型，生物質(zhì)及其共0.9439-0.9東南和灰結(jié)渣引除。煤/生物堿土金屬（生應(yīng)性。之間偏差：(a)生物質(zhì)熱重試力學(xué)分析分析，煤（燃燒可分為合適的燃燒取相關(guān)系數(shù)判斷燃燒模共混物

圖 3-1 煤與成型生物質(zhì)冷態(tài)流動試驗裝置3.2.2 試驗物料本試驗采用煙煤顆粒，選用泰勒標準篩對煤顆粒的粒徑進行篩分，結(jié)果如圖3-2所示。分離篩目數(shù)和對應(yīng)的孔徑大小如下所示：10目（1.68mm），14目（1.20mm），20目（0.85mm），24目（0.71mm），32目（0.5mm）和60目（0.25mm）。求解多顆粒平均直徑的方法有線性法、表面積法、體積法、體積-表面積法和質(zhì)量法。根據(jù)劉仔和李艷臣[155]對兩相流場的模擬研究，體積-表面積法和質(zhì)量法對顆粒平均直徑求解較好。本節(jié)選用體積-表面積法，如式（3-1）所示。=∑∑(3-1)其中，i代表不同目數(shù)的分子篩

本文編號：2789027