為研究成型顆粒在固定床內(nèi)燃燒過(guò)程,提出了一種單顆粒與固定床結(jié)合的模型,將固定床視作由顆粒堆積的反應(yīng)器,考慮了床層以及顆粒內(nèi)部氣體擴(kuò)散,考慮生物質(zhì)顆粒干燥、熱解和固定碳燃燒過(guò)程。結(jié)果表明:模型準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)了生物質(zhì)顆粒燃盡時(shí)間和熱解過(guò)程的溫度變化,在1223K條件下顆粒完全燃燒約需要150s,最高溫度可達(dá)1720K;模型能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)固定床的燃燒過(guò)程,發(fā)現(xiàn)固定床內(nèi)高溫區(qū)溫度遠(yuǎn)低于單顆粒燃燒可達(dá)到的最高溫度,床內(nèi)生物質(zhì)顆粒燃盡時(shí)間比熱空氣中單顆粒燃盡時(shí)間長(zhǎng)34.9%。該模型為深入研究固定床提供了有力工具。 

【文章來(lái)源】：工業(yè)控制計(jì)算機(jī). 2019,32(12)

【文章頁(yè)數(shù)】：4 頁(yè)

【部分圖文】：

固定床內(nèi)顆粒燃燒示意圖

為驗(yàn)證干燥和熱解過(guò)程模型的準(zhǔn)確性，將生物質(zhì)顆粒在N2氣氛下的熱解模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，如圖2。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)自文獻(xiàn)[9]為大顆粒受熱特性設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)是用1023K的熱N2加熱球形生物質(zhì)顆粒，并測(cè)量生物質(zhì)顆粒表面、中心的溫度以及顆粒質(zhì)量隨時(shí)間的變化。該模擬條件十分類似于實(shí)際固定床中的熱解條件，可以看到實(shí)驗(yàn)與模擬的顆粒表面溫度吻合較好。由于顆粒尺寸較大，實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果都表明顆粒表面和中心的溫度存在明顯差異，說(shuō)明在升溫速率較高條件下顆粒等溫的假設(shè)并不成立，因此需要考慮顆粒內(nèi)部反應(yīng)及傳熱傳質(zhì)過(guò)程。在前50s顆粒已經(jīng)加熱到約100℃，水分勻速向外蒸發(fā)，其蒸發(fā)速率與吸熱速率成正比，直到140s顆粒完全干燥，顆粒中心溫度基本保持恒定，但顆粒質(zhì)量持續(xù)下降，這是由于顆粒中外層的溫度已經(jīng)達(dá)到熱解溫度，揮發(fā)分快速析出導(dǎo)致。之后顆粒中心溫度開(kāi)始快速上升，且?guī)缀醣３志�性速度上升，顆粒內(nèi)部溫度變化趨勢(shì)的模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。上述計(jì)算只包含了顆粒水分蒸發(fā)和熱解過(guò)程，不包含化學(xué)反應(yīng)，因此該過(guò)程結(jié)束后剩余的18%為固定碳，總體模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好，說(shuō)明了熱解動(dòng)力參數(shù)的可靠性。整個(gè)流場(chǎng)和燃燒區(qū)域中速度、溫度和水分濃度分布隨時(shí)間變化情況如圖3所示。首先由于干燥作用，顆粒表面溫度升高，但內(nèi)部溫度在短時(shí)間內(nèi)保持不變，顆粒表面與中心存在較大的溫度差，顆粒下部升溫速率最快；直到第200s顆粒整體溫度逐漸達(dá)到一致。對(duì)于顆粒干燥過(guò)程，水蒸氣最初出現(xiàn)在顆粒迎風(fēng)面，并逐步向顆粒中心和兩側(cè)擴(kuò)散，與溫度升高過(guò)程類似，且由于顆粒干燥需要吸收熱量，在水蒸氣含量增加過(guò)程中顆粒溫度基本保持不變，直到約140s顆粒完全干燥。此后，在溫度較高的顆粒前緣位置熱解過(guò)程最先開(kāi)始，熱解產(chǎn)物如CO、CH4等開(kāi)始出現(xiàn)。對(duì)比后文可以發(fā)現(xiàn)，固定床與單顆粒都有逐層升溫和熱解的特性，圖3從另一方面增強(qiáng)了本文模擬結(jié)果的可靠性。

為驗(yàn)證燃燒過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的準(zhǔn)確性，將空氣氣氛下生物質(zhì)顆粒質(zhì)量隨時(shí)間變化情況的模擬結(jié)果與單個(gè)球形生物質(zhì)在1223K空氣下的燃燒實(shí)驗(yàn)[9]結(jié)果對(duì)比，該燃燒實(shí)驗(yàn)與模擬的條件十分類似于固定床中顆粒的燃燒條件。如圖4所示。發(fā)現(xiàn)在前60s顆粒質(zhì)量下降較快，與熱解工況類似，90s后顆粒質(zhì)量下降速率逐漸平緩。假設(shè)顆粒質(zhì)量減少99%后為完全燃燒，則完全燃燒大概需要180s，實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果吻合，說(shuō)明該單顆粒生物質(zhì)燃燒模型準(zhǔn)確可靠。下文將改模型的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)應(yīng)用到固定床中。圖4 空氣氣氛下顆粒燃燒過(guò)程顆粒質(zhì)量變化的模擬值與實(shí)驗(yàn)對(duì)比

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]農(nóng)村生活垃圾生物質(zhì)熱解和燃燒氣相數(shù)值模擬[J]. 楊俊峰,楊明山.  能源環(huán)境保護(hù). 2019(02)
[2]城市生活垃圾焚燒爐深度空氣分級(jí)數(shù)值模擬[J]. 寧星星,馬曉茜,胡志鋒,余昭勝,廖艷芬.  環(huán)境污染與防治. 2016(10)

碩士論文
[1]秸稈成型顆粒燃燒過(guò)程的模擬和實(shí)驗(yàn)[D]. 張政清.山東理工大學(xué) 2018



本文編號(hào)：3120574