地球上生物質(zhì)資源相當(dāng)豐富,據(jù)估算,地球上蘊(yùn)藏的生物質(zhì)達(dá)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(jì),到21世紀(jì)中葉,采用新技術(shù)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(shù)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(jìn)一步擴(kuò)大生物質(zhì)成型燃料的應(yīng)用范圍及生物質(zhì)成型燃料的高效利用技術(shù)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(dǎo)熱油鏈條爐作為有機(jī)朗肯循環(huán)(Organic Rankine Cycle, ORC)的驅(qū)動(dòng)熱源,將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換為電能,實(shí)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(dǎo)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(yàn),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(gè)過程的基本反應(yīng)機(jī)理,結(jié)合計(jì)算流體力學(xué)、傳熱學(xué)、化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)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(jì)算模型,并進(jìn)行了模擬計(jì)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(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果的對(duì)比,驗(yàn)證了該模型的準(zhǔn)確性。單顆粒生物質(zhì)成型燃料燃燒過程的模擬研究為構(gòu)建生物質(zhì)成型燃料導(dǎo)熱油鏈條爐的床層燃燒計(jì)算模型奠定了基礎(chǔ)。 (2)構(gòu)建了生物質(zhì)成型燃料導(dǎo)熱油鏈條爐的床層燃燒和爐膛燃燒一體化的綜合模型,對(duì)床層和爐膛的流動(dòng)、傳熱和傳質(zhì)過程進(jìn)行了耦合計(jì)算。為驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性,采用氣相色譜儀測(cè)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(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果吻合較好。基于該模型,研究了空氣預(yù)熱溫度、料層厚度、爐排前進(jìn)速度、顆粒直徑和配風(fēng)方式對(duì)生物質(zhì)床層燃燒和爐膛燃燒的影響規(guī)律,為運(yùn)行提供了理論依據(jù)。 (3)結(jié)合傳熱學(xué)、熱力學(xué)、流體力學(xué)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(xué)模型。應(yīng)用該模型研究了導(dǎo)熱油入口溫度、導(dǎo)熱油入口流量、二次風(fēng)溫度和二次風(fēng)速度等影響因素對(duì)生物質(zhì)成型燃料導(dǎo)熱油鏈條爐最終排煙溫度、熱效率、導(dǎo)熱油出口溫度、火用效率等主要性能指標(biāo)的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明各影響因素與系統(tǒng)性能之間存在比較復(fù)雜的非線性數(shù)學(xué)關(guān)系,為提高鍋爐的性能指標(biāo),需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行多參數(shù)的并行優(yōu)化。 (4)運(yùn)用數(shù)學(xué)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(biāo)優(yōu)化、多目標(biāo)優(yōu)化或火用經(jīng)濟(jì)優(yōu)化方法,并以系統(tǒng)最終排煙溫度、導(dǎo)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(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)生物質(zhì)成型燃料鏈條爐系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化,使該系統(tǒng)的有關(guān)性能得到極大改善和提高,如經(jīng)過初步優(yōu)化設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)下降近8.8%,年度化凈利潤提高近7%。
【學(xué)位單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)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(qū)動(dòng)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(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1國外發(fā)展現(xiàn)狀早在20世紀(jì)30年代美國就^u始研究壓縮成型燃料技術(shù)及燃燒技術(shù)，并研制了螺旋式壓縮成型機(jī)及相關(guān)的燃燒設(shè)備[I5】；在同一時(shí)期日本也開始研究機(jī)械活塞式成型技術(shù)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(jī)，其年產(chǎn)量達(dá)到250kt左右，1983年從美國引進(jìn)顆粒燃料成型技術(shù)及相關(guān)燃燒設(shè)備[〗6_18]，到1987年建成了十幾個(gè)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(yùn)行，還建立了一批專業(yè)燃燒設(shè)備廠fi9_2G]。20世紀(jì)70年代后期，由于世界能源危機(jī)，石油價(jià)格上漲，許多歐洲國家如法國、意大利、比利時(shí)、芬蘭、德國等國家也開始紛紛重視壓縮成型技術(shù)及燃燒技術(shù)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�；癁榫鵕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�。Ryu等[7^1]利用類似拉格朗日法構(gòu)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(dòng)床燃料顆�；旌蠑U(kuò)散效應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，等各種氣體和溫度變化與爐排移動(dòng)時(shí)間和前進(jìn)速基礎(chǔ)上，開發(fā)了一個(gè)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(jié)束時(shí)X、y方向中心面上料層和氣體溫度的分布，此時(shí)料層和氣體最高溫度都為681K。由圖3.4可知，水分蒸發(fā)結(jié)束時(shí)，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(jìn)入爐內(nèi)，床層表層燃料顆粒立即接受爐內(nèi)高溫?zé)煔猓ɑ鹧妫┖蜖t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(yuǎn)遠(yuǎn)大于固相熱量向下傳遞的速度

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號(hào)：2812958