生物質(zhì)能作為一種可再生能源,其大規(guī)模利用有可能滿足各種能源需求,同時(shí)能減少CO2的排放。目前,生物質(zhì)直接燃燒是生物質(zhì)能應(yīng)用最簡(jiǎn)單可行的直接利用,但長(zhǎng)期以來(lái),生物質(zhì)直接燃燒溫度偏低和能量利用效率不高的缺點(diǎn)使得其推廣應(yīng)用受到了一定限制。將生物質(zhì)破碎成微米燃料(BMF),開(kāi)發(fā)生物質(zhì)微米燃料(BMF)高溫高效燃燒技術(shù),可進(jìn)一步促進(jìn)生物質(zhì)的工業(yè)化應(yīng)用和溫室氣體的減排。 本文選取生物質(zhì)微米燃料鋸末及其半焦作為原料,為進(jìn)一步提高其旋風(fēng)燃燒溫度,先添加其熱值較高的半焦與之混燃,然后通過(guò)預(yù)熱空氣提高爐膛溫度模擬煙氣再循環(huán)技術(shù),并探討了生物質(zhì)微米燃料煅燒水泥的可行性；同時(shí),建立的燃燒動(dòng)力學(xué)模型為進(jìn)一步建立綜合的燃燒數(shù)學(xué)模型打下了基礎(chǔ)。論文具體研究工作如下： (1)生物質(zhì)的揮發(fā)分高,著火性能和燃盡性能較好,但能量密度低；半焦固定碳含量高,熱值高,但揮發(fā)分低,著火性能較差。生物質(zhì)與其半焦混燃有助于各補(bǔ)其短,半焦可以補(bǔ)充生物質(zhì)的較低熱值,而生物質(zhì)將有助于半焦提前著火。 (2)采用熱重分析儀對(duì)生物質(zhì)微米燃料在不同升溫速率下的熱解、燃燒失重特性進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明：生物質(zhì)微米燃料綜合反應(yīng)活性隨升溫速率增加而提高。最大反應(yīng)速率隨著升溫速率的增大呈線性增大趨勢(shì)。在此基礎(chǔ)上,建立了生物質(zhì)微米燃料熱解和燃燒的動(dòng)力學(xué)模型。該模型通過(guò)三個(gè)主要組分半纖維素、纖維素和木質(zhì)素?zé)峤獾莫?dú)立平行反應(yīng),可以比較準(zhǔn)確的描述生物質(zhì)微米燃料的二段燃燒過(guò)程：第一段類似于其熱解過(guò)程,第二段是木質(zhì)素?zé)峤鈿埥谷紵?其活化能較高。研究發(fā)現(xiàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果與通過(guò)該模型的非線性回歸法擬合獲得的結(jié)果基本一致,證實(shí)了BMF的熱解、燃燒過(guò)程中確實(shí)存在著上述假定的反應(yīng)機(jī)理。 (3)通過(guò)熱重分析研究了生物質(zhì)微米燃料和其半焦混燃特性,研究結(jié)果表明混燃各單組分間有協(xié)同促進(jìn)作用,能改善單一組分的可燃性。在綜合熱分析基礎(chǔ)上,考察了空氣當(dāng)量比、粒徑、含水率、生物質(zhì)半焦添加比例對(duì)生物質(zhì)微米燃料旋風(fēng)爐燃燒爐膛溫度、煙氣及灰分的影響。試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)空氣當(dāng)量比為1.2,粉體粒徑在0.177mm(即80目)以下,生物質(zhì)含水率控制在8.1%以下,生物質(zhì)半焦添加比例為20%,燃燒效果更好,燃燒經(jīng)濟(jì)成本合理,燃燒效率高于成型燃料的燃燒效率,燃燒煙氣中NOx和S02等有害氣體的含量較少。 (4)在上述實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,初步開(kāi)展了基于生物質(zhì)微米燃料煅燒水泥的應(yīng)用研究。相應(yīng)條件下,通過(guò)空氣預(yù)熱,爐膛溫度可提高到1360℃以上,可滿足水泥煅燒的基本溫度要求。并初步獲得了成分符合要求的水泥熟料,驗(yàn)證了其可行性。但對(duì)該系統(tǒng)的能量評(píng)估表明：裝置的燃燒效率較低,主要是由于排煙熱損失導(dǎo)致的。 (5)為了降低排煙熱損失,可通過(guò)循環(huán)煙氣加熱空氣,提高生物質(zhì)燃燒溫度和能量利用效率。為此,利用TG-DTA、TG-MS、GC等技術(shù),初步研究生物質(zhì)燃燒煙氣再循環(huán)技術(shù)。先利用TG-DTA對(duì)比分析了O2/CO2與空氣氣氛(不同氧氣濃度條件下)對(duì)生物質(zhì)著火模式、燃燒特性的影響。結(jié)果表明：在O2/CO2氣氛下,隨著氧氣的濃度增加,BMF的著火模式是從聯(lián)合著火轉(zhuǎn)變?yōu)榫嘀鹉Ｊ�；最大燃燒速率增�?著火點(diǎn)提前,且燃燒時(shí)間縮短。同時(shí),CO2氣氛有助于抑制NOx生成。進(jìn)一步在管式固定床上考察了O2/CO2燃燒的初級(jí)階段——?dú)饣挠绊懸蛩�。�?shí)驗(yàn)結(jié)果表明：高溫、較小粒徑以及CO2氣氛有利于生物質(zhì)0氣化反應(yīng)的進(jìn)行。氣化比熱解氣氛下產(chǎn)生的可燃?xì)怏w多,半焦產(chǎn)量少,有利于推進(jìn)整個(gè)燃燒過(guò)程的進(jìn)行,從而有望提高生物質(zhì)燃燒溫度,減少環(huán)境污染。故O2/CO2燃燒有望提高生物質(zhì)燃燒溫度,減少環(huán)境污染。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2013
【中圖分類】：TK6

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 閔凡飛,張明旭;生物質(zhì)燃燒模式及燃燒特性的研究[J];煤炭學(xué)報(bào);2005年01期

本文編號(hào)：2822368