秸稈固化成型燃料助燃劑研制及燃燒特性試驗(yàn)與模擬研究.pdf

1、我國(guó)是世界上最大的農(nóng)業(yè)國(guó)家，年產(chǎn)各類(lèi)作物秸稈總量達(dá)7.1億噸。其中，約有40％～50％秸稈未被利用，常被露天焚燒，導(dǎo)致嚴(yán)重的大氣污染和火災(zāi)，秸稈焚燒已經(jīng)成為全國(guó)各地都面臨的一大環(huán)境問(wèn)題。通過(guò)固化成型技術(shù)把秸稈轉(zhuǎn)化成生物質(zhì)固化成型燃料(Densified biomass bfiquettingfuel，DBBF)是秸稈能源化利用的有效方法。但是，當(dāng)DBBF用于小型炊事?tīng)t時(shí)，存在點(diǎn)不著火、點(diǎn)火時(shí)間長(zhǎng)和煙氣污染等問(wèn)題，從而嚴(yán)重影響了DBBF的

2、推廣和使用。因此，研制經(jīng)濟(jì)、有效和環(huán)境友好的成型燃料專(zhuān)用引火助燃劑，對(duì)解決成型燃料點(diǎn)火難、污染問(wèn)題及成型燃料爐具的改進(jìn)具有重要的實(shí)際意義。本文針對(duì)玉米秸稈固化成型燃料(Densifled com stoverbriquetting fuel，DCBF)及其LLA-6型生物質(zhì)半氣化爐，研制了多種DCBF引火助燃劑，并對(duì)其點(diǎn)火性能和點(diǎn)火特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究與評(píng)價(jià)、實(shí)現(xiàn)了DCBF的快速點(diǎn)燃，并且煙氣排放達(dá)到了環(huán)保要求；同時(shí)，還開(kāi)展了DCBF燃燒

3、特性及其數(shù)值模擬方面的研究，獲得了一些重要的結(jié)論。
　　 1.引火助燃劑研制及其點(diǎn)火特性和煙氣排放特性研究。(1)用廢機(jī)油、廢柴油和工業(yè)酒精以不同的體積比研制出25種液體助燃劑，通過(guò)反復(fù)點(diǎn)火試驗(yàn)，綜合考慮成本及點(diǎn)火特性等各種因素，初步選定ED15和DA51兩種助燃劑做為備選助燃劑，其最佳用量分別為9 mL和8 mL，比不用助燃劑點(diǎn)火速度快30～40倍。(2)對(duì)不同用量的助燃劑ED15和DA51引燃過(guò)程中的煙氣排放情況(包括煙氣中

4、的O2、CO2、CO、煙氣溫度、NO、NO2、NOx、SO2和燃燒效率這9項(xiàng)指標(biāo))進(jìn)行了試驗(yàn)研究，研究結(jié)果表明：兩種助燃劑煙氣排放指標(biāo)均符合北京市地方排放標(biāo)準(zhǔn)，助燃劑ED15用量為9 mL時(shí)污染物排放較低，因此，助燃劑ED15被確定為待推廣的助燃劑。
　　 2.DCBF燃燒特性試驗(yàn)研究與分析。(1)利用柴爐熱性能試驗(yàn)方法對(duì)LLA-6型爐具的熱性能進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果顯示其熱效率只有20％，沒(méi)能達(dá)到北京市地方標(biāo)準(zhǔn)(熱效率≥35％)。(

5、2)利用熱電偶溫度傳感器和精密天平分別對(duì)爐具內(nèi)各位置的溫度和燃燒失重量進(jìn)行測(cè)定。根據(jù)所測(cè)溫度和失重量數(shù)據(jù)對(duì)燃燒過(guò)程進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。利用“多變混合速率掃描法”得出DCBF在LLA-6型炊事?tīng)t中燃燒時(shí)的燃燒機(jī)理：在快速升溫階段和降溫階段DCBF燃燒符合的三維擴(kuò)散機(jī)理，球形對(duì)稱(chēng)，3D，D4，減速形a-t曲線，其積分形式表達(dá)式為G(a)=1-2a/3-(1-a)2/3；在快速升溫與溫度恒定之間的拐點(diǎn)處和恒定溫度階段DCBF燃燒機(jī)理屬于化學(xué)反應(yīng)，

6、F2，減速形a-t曲線，其積分形式表達(dá)式G(a)=(1-a)-1。(3)利用煙氣分析儀對(duì)燃燒過(guò)程中煙氣排放的各種污染物指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)在整個(gè)燃燒過(guò)程中污染物排放指標(biāo)均符合北京市地方污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。有風(fēng)條件下的各種污染物排放指標(biāo)略高于無(wú)風(fēng)條件下的各種污染物排放指標(biāo)。因此，在無(wú)風(fēng)條件下助燃劑ED15用量為9mL時(shí)效果最佳。
　　 3.DCBF燃燒特性的數(shù)值模擬。利用Fluent軟件和燃燒過(guò)程所遵循的基本定律，采用湍流和有限速率等燃

7、燒模型對(duì)DCBF燃燒特笥進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：(1)燃燒爐內(nèi)CO2濃度為18.4％，在爐口處的CO2濃度為9％左右，排煙管中CO2濃度為6.47％；在助燃器內(nèi)幾乎沒(méi)有任何化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，助燃器并沒(méi)有起到應(yīng)有的助燃作用，而是起了降低熱效率的作用。(2)通過(guò)對(duì)32種不同改進(jìn)情況進(jìn)行模擬，結(jié)果表明助燃器通風(fēng)孔全部關(guān)閉時(shí)(即沒(méi)有二次進(jìn)風(fēng))效果最好。助燃器內(nèi)部溫度范圍為990～1020K，爐口處最高溫度為1020K。沒(méi)有二次進(jìn)風(fēng)時(shí)爐口處溫度分別比

8、關(guān)閉0排、1排、2排、3排和4排通風(fēng)孔時(shí)高19.86％、29.86％、37.67％、39.59％和39.73％。因此，推薦改造最佳方案為不用助燃器，不帶二次進(jìn)風(fēng)。由助燃器散熱及二次進(jìn)風(fēng)帶走的熱損失q2和q3之和為19.21％。將助燃器及二次進(jìn)風(fēng)除掉，將助燃器部分直接改為火焰通道，可將原爐具的熱效率20％提高到39.21％，可以使熱效率提高近1倍，并可使?fàn)t具達(dá)到北京市地方標(biāo)準(zhǔn)。
　　 綜上所述，助燃劑ED15用量為9 mL時(shí)引燃D