【摘要】：自從進入本世紀以來，環(huán)境惡化和能源緊張已成為世界各國共同關注的焦點，而能源的短缺以及如何高效利用一直是限制社會進步的主要原因之一，人類一直都在努力尋找積極有效的解決方法。隨著煤、石油、天然氣等傳統(tǒng)能源被逐漸消耗殆盡，人類迫切需要尋找新的替代能源，開發(fā)替代能源的高效利用裝置，為可持續(xù)發(fā)展謀求新的出路。在此情況下，生物質能因其具有可再生性、方便存儲和運輸、高效轉換和潔凈利用、區(qū)域制約性小、成本低廉等優(yōu)勢，受到世界各國能源開發(fā)工作者們的普遍關注，開發(fā)利用生物質能已刻不容緩。 當前，我國對生物質顆粒成型燃料的燃燒理論及其專用鍋爐的研究知之甚少。本文的主要內容是根據(jù)花生殼顆粒燃料的燃燒特性、燃燒模式、設計要求，參考常壓熱水鍋爐的設計方法，選擇合理的層燃爐設計參數(shù)，研制出花生殼顆粒燃料的專用鍋爐，并以其為主體，選擇合適的輔助設備，搭建高效潔凈花生殼顆粒燃料爐的性能測試試驗平臺，并在試驗平臺上進行大量的試驗，系統(tǒng)的研究高效潔凈花生殼顆粒燃料爐的熱工特性和排放特性，為今后生物質成型燃料專用鍋爐的研制、改造和實際運行提供參考依據(jù)。具體的內容如下： （1）采用SDACM-2000自動工業(yè)分析儀、SDACM-3000-3000自動量熱儀、SDAF2000d灰融熔性自動測試儀、吉林大學自主研制的熱重分析儀，對花生殼顆粒燃料進行相關實驗，對其數(shù)據(jù)進行整理的分析，獲得了花生殼顆粒燃料的基本成分值、低位發(fā)熱量、結渣特性指數(shù)及其燃燒特性。 （2）綜合考慮花生殼顆粒燃料的燃燒特性、燃燒模式、設計要求，參考常壓熱水鍋爐的設計方法，選擇合適的層燃爐設計參數(shù)，借鑒前人的設計優(yōu)點和改進其不足之處，研制出花生殼顆粒燃料專用鍋爐。 （3）以花生殼顆粒燃料生物質爐為主體，選擇合適的負荷系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、測溫系統(tǒng)，搭建高效潔凈花生殼顆粒燃料爐的性能測試實驗平臺。在此試驗平臺上進行多種工況下的性能檢測試驗，具體結論如下： A.高效潔凈花生殼顆粒燃料爐的最佳運行工況是煙道調節(jié)閥處于半開位置，連續(xù)均勻投料，燃料料層厚度穩(wěn)定在70～100mm左右。 B.花生殼顆粒燃料生物質爐在最佳工況下的有效利用功率超過10kW、CO的濃度超過8000ppm、鍋爐正平衡效率低于75%，接近于設計要求，需要進一步優(yōu)化。 C. CO的濃度過高的原因有兩點：一是一次給風方式無法滿足完全燃燒的要求；二是高溫煙氣在第二燃燒室的擾動混合強不夠。 （4）采用CFD軟件對高效潔凈花生殼顆粒燃料爐爐內進行模擬分析，驗證推論的準確性。在此基礎上提出分步改進方案（初步改進增加二次風旋流口，再次改進增加蓄熱體），采用CFD軟件對分步改型的各種方案進行模擬，選出每步改進的最佳改型方案。 （5）對最終改進后的高效潔凈花生殼顆粒燃料爐進行多種工況下的性能測試試驗，找出其最佳運行方案為連續(xù)均勻投料、料層厚度穩(wěn)定在70～100mm、一二次風分配率為55%，并測得最終改進后鍋爐的熱效率為83.6%、CO濃度低于400ppm，改型設計起到優(yōu)化的效果。 綜上所述，本文是對大量實驗數(shù)據(jù)進行整理分析的基礎上得到的結果，并對其結果產(chǎn)生的原因進行了分析，為今后生物質顆粒燃料的燃燒設備開發(fā)研制提供參考。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TK6
【圖文】：

置的研制、運行及技術改造奠定理論基礎，同時為今后生物質成型燃料燃燒設備發(fā)提供統(tǒng)一標準。2 生物質能的利用技術據(jù)了解，生物質能的開發(fā)利用方法主要為熱化學法和生物化學法[10]。生物化學要是發(fā)酵與厭氧消化。熱化學方法有直接燃燒、碳化、液化、熱解和氣化。圖 1出了生物質能轉化利用技術分類。

（4） 成型生物質顆粒燃料后期滲透擴散燃燒過程（5） 成型生物質顆粒燃料灰塊生成圖2.2 成型生物質顆粒燃料燃燒過程示意圖2.2.2 成型生物質顆粒燃料的燃燒特性成型的生物質燃料是由散狀的原態(tài)生物質經(jīng)過成型壓縮機高壓壓制而成。相對于原態(tài)生物質燃料而言，成型后的生物質燃料發(fā)生以下幾點變化：（1）密度增大；（2）點火性能變差，但比煤的點火性能好；（3）燃燒時揮發(fā)分的析出速度大大降低，但其揮發(fā)分特性指數(shù)和燃燒特性指數(shù)大于煤；（4）燃料內部的傳熱熱阻增大，但其熱阻比石煤小；（5）燃燒的時間有所延長；（6）燃燒相對比較穩(wěn)定，容易控制，燃燒熱損失相對降低。2.3 花生殼顆粒燃料的燃燒特性研究燃料的種類和特性對其燃燒設備的設計或改造、燃燒器的形式和燃燒設備的安全經(jīng)濟運行有著重要的影響�；ㄉ鷼ゎw粒燃料的燃燒特性不同于煤、石油和天然氣。因此，設計花生殼顆粒燃料燃燒裝置時，要充分考慮花生殼顆粒燃料的燃燒特性和燃燒模式。同時，在燃燒裝置設計及運行過程中要考慮花生殼顆粒燃料的消耗、爐排面積熱強度、爐膛容積熱強度、燃燒室布置、通風的形式及煙囪的設計

圖 2.4 固體燃料 DTG 曲線模式理論支持下，為得到花生殼顆粒燃料的燃燒模式，對花生殼顆粒氣的氛圍下進行熱重實驗。實驗所用試驗臺是由吉林大學熱能工燃料所研制的熱重試驗臺。升溫率為 10℃/min�；ㄉ鷼ゎw粒燃料（DT）曲線如圖 2.5 所示，其微商熱重（DTG）曲線如圖 2.6 所生殼顆粒燃料的燃燒模式是屬于第二種燃燒模式，其燃燒速度快20406080100120△/%m氮氣氧氣

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