地球上生物質(zhì)資源相當豐富,據(jù)估算,地球上蘊藏的生物質(zhì)達18000億噸,2013年我國可開發(fā)為能源的生物質(zhì)資源約為4億噸,且隨著農(nóng)林業(yè)的發(fā)展,生物質(zhì)資源將越來越多。據(jù)估計,到21世紀中葉,采用新技術生產(chǎn)的各種生物質(zhì)替代燃料將占全球總能耗的40%以上。目前我國生物質(zhì)燃料成型技術已比較成熟,生物質(zhì)成型燃料生產(chǎn)能力不斷提高,研究進一步擴大生物質(zhì)成型燃料的應用范圍及生物質(zhì)成型燃料的高效利用技術已成為亟待解決的問題。本文提出采用生物質(zhì)成型燃料導熱油鏈條爐作為有機朗肯循環(huán)(Organic Rankine Cycle, ORC)的驅動熱源,將生物質(zhì)能轉換為電能,實現(xiàn)生物質(zhì)成型燃料的高效利用。為了提高ORC生物質(zhì)成型燃料導熱油鏈條爐系統(tǒng)的效率,本文完成了如下主要內(nèi)容的研究： (1)通過熱重試驗,分析了生物質(zhì)成型燃料燃燒過程中水分蒸發(fā)、揮發(fā)分析出及燃燒、固定碳燃燒3個過程的基本反應機理,結合計算流體力學、傳熱學、化學反應動力學等方面的理論和方法,建立了單顆粒生物質(zhì)成型燃料燃燒過程的二維計算模型,并進行了模擬計算,得到了單顆粒生物質(zhì)成型燃料燃燒過程的氣體成分以及溫度分布變化情況。通過試驗結果與計算結果的對比,驗證了該模型的準確性。單顆粒生物質(zhì)成型燃料燃燒過程的模擬研究為構建生物質(zhì)成型燃料導熱油鏈條爐的床層燃燒計算模型奠定了基礎。 (2)構建了生物質(zhì)成型燃料導熱油鏈條爐的床層燃燒和爐膛燃燒一體化的綜合模型,對床層和爐膛的流動、傳熱和傳質(zhì)過程進行了耦合計算。為驗證模型的準確性,采用氣相色譜儀測量了某鏈條爐中生物質(zhì)床層表面的氣體成分分布,并與模擬結果進行對比分析,結果吻合較好。基于該模型,研究了空氣預熱溫度、料層厚度、爐排前進速度、顆粒直徑和配風方式對生物質(zhì)床層燃燒和爐膛燃燒的影響規(guī)律,為運行提供了理論依據(jù)。 (3)結合傳熱學、熱力學、流體力學和火用分析方法,建立了生物質(zhì)成型燃料鏈條爐系統(tǒng)熱力性能的數(shù)學模型。應用該模型研究了導熱油入口溫度、導熱油入口流量、二次風溫度和二次風速度等影響因素對生物質(zhì)成型燃料導熱油鏈條爐最終排煙溫度、熱效率、導熱油出口溫度、火用效率等主要性能指標的影響規(guī)律。研究結果表明各影響因素與系統(tǒng)性能之間存在比較復雜的非線性數(shù)學關系,為提高鍋爐的性能指標,需要對系統(tǒng)進行多參數(shù)的并行優(yōu)化。 (4)運用數(shù)學規(guī)劃理論,基于蟻群算法,建立了生物質(zhì)成型燃料鏈條爐系統(tǒng)的多參數(shù)優(yōu)化模型,提出了單目標優(yōu)化、多目標優(yōu)化或火用經(jīng)濟優(yōu)化方法,并以系統(tǒng)最終排煙溫度、導熱油出口溫度、熱效率、火用效率、年度總成本、年度化凈利潤評價指標對生物質(zhì)成型燃料鏈條爐系統(tǒng)進行了優(yōu)化,使該系統(tǒng)的有關性能得到極大改善和提高,如經(jīng)過初步優(yōu)化設計后系統(tǒng)供熱量同為13.95MW的生物質(zhì)成型燃料鏈條爐系統(tǒng)的年度化總成本比原設計下降近8.8%,年度化凈利潤提高近7%。
【學位單位】：昆明理工大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2014
【中圖分類】：TK6
【部分圖文】：

-I Tifegy圖1.1 “非聚焦太陽能與生物質(zhì)熱能聯(lián)合驅動冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)”的流程圖Fig. 1.1 The diagram of cold and hot and electrical systems solar and biomass energy drived1.2生物質(zhì)成型燃料燃燒技術的發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1國外發(fā)展現(xiàn)狀早在20世紀30年代美國就^u始研究壓縮成型燃料技術及燃燒技術，并研制了螺旋式壓縮成型機及相關的燃燒設備[I5】；在同一時期日本也開始研究機械活塞式成型技術用于處理林業(yè)廢棄物，并于1954年研制出單、多頭螺桿擠壓式棒狀燃料成型機，其年產(chǎn)量達到250kt左右，1983年從美國引進顆粒燃料成型技術及相關燃燒設備[〗6_18]，到1987年建成了十幾個年產(chǎn)量為十幾萬噸的生物顆粒成型燃料生產(chǎn)廠且投入運行，還建立了一批專業(yè)燃燒設備廠fi9_2G]。20世紀70年代后期，由于世界能源危機，石油價格上漲，許多歐洲國家如法國、意大利、比利時、芬蘭、德國等國家也開始紛紛重視壓縮成型技術及燃燒技術的研究[21

圖1.4 FLIC和FLUENT的壀合迭代過程Fig. 1.4 The coupling between FLIC and FLUENT發(fā)展以及生物質(zhì)成型燃料鍋爐使用量的增加，各物質(zhì)成型燃料鍋爐床層燃燒數(shù)值模型。Thunman將床層上的燃料顆粒模化為均R鴉腦睬潁睬蜆�。圆球为固相，间隙紲Z目掌�。固相和可以研究燃烧过程的干枣|⑷冉夂徒固咳忌詹煌籽榻峁嚳yu等[7^1]利用類似拉格朗日法構中的床層燃燒模型來模擬固定床不同爐排長度位層內(nèi)溫度、水分、揮發(fā)分等組分隨不同爐排長度位二維移動床燃料顆粒混合擴散效應的數(shù)學模型，等各種氣體和溫度變化與爐排移動時間和前進速基礎上，開發(fā)了一個名為FLIC的二維固體廢棄

3.3.1床層燃燒特性圖3.4所示為水分蒸發(fā)結束時X、y方向中心面上料層和氣體溫度的分布，此時料層和氣體最高溫度都為681K。由圖3.4可知，水分蒸發(fā)結束時，料層上部的高溫區(qū)較薄，燃燒帶厚度約為0.01?0.02rn，在燃燒區(qū)域以下的料層與氣體的溫度均較低。這主要由以下兩方面原因造成，一是燃料顆粒進入爐內(nèi)，床層表層燃料顆粒立即接受爐內(nèi)高溫煙氣（火焰）和爐墻的福射，使得燃料顆粒溫度逐漸升高。燃料顆粒熱量由上向下傳遞，然而助燃空氣由下向上噴吹，低溫氣流速度遠遠大于固相熱量向下傳遞的速度

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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本文編號：2812958