秸秆打捆燃料清洁燃烧设备的数值模拟与优化设计
发布时间：2020-10-10 22:39
我国不可再生能源生产量排在世界第三位,能源消耗量排在第二位,社会经济的日益发展使能源缺口和环境的压力不断增大,若不能很好的解决能源问题,将阻碍我国经济发展前进的步伐。资源丰富、清洁环保的生物质能成为可替代化石能源的可再生能源之一,生物质能既缓解能源紧缺问题又能改善大气环境质量,具有极佳的环境效益与经济效益,我国秸杆资源丰富,每年却有大量秸秆被焚烧,造成极大的污染和浪费,秸秆打捆燃料因为密度适中、易运输存储、生产高效方便,成为秸秆燃烧利用技术的主要发展方向。我国秸秆打捆燃烧的生物质锅炉研发还处于起步阶段,针对秸秆打捆燃料缺乏燃烧特性研究,本文通过搭建小型秸秆打捆燃烧试验台,对秸秆打捆燃料燃烧过程中,燃料的燃烧特性、燃烧过程以及燃烧动力学特性进行分析研究,为秸秆打捆燃料燃烧设备的设计提供理论指导,并针对秸秆打捆燃料特性,通过热力计算、燃烧产物计算,炉排选择及计算,热平衡及炉膛结构等计算,开展秸秆打捆燃烧锅炉的设计及锅炉的二级除尘系统设计。长久以来,炉膛和炉拱都依赖于经验设计,配风也常常由司炉人员根据经验进行调节,存在很大的盲目性,导致燃烧效率不高,尤其是利用数值建模模拟生物质锅炉燃烧,进行炉膛结构及燃烧优化开展的不多,针对燃烧优化设计缺乏理论预测的问题,本文通过基本流体方程,结合秸秆打捆燃料燃烧的过程,建立秸秆打捆燃烧锅炉的燃烧数值模型,该模型主要由两个部分组成,分别是床层多孔介质模型和炉膛气相燃烧模型,二者通过UDF编程进行流动传热耦合。本文将模型用于炉拱和配风优化分析,首先分析了不同前拱倾角、后拱倾角以及后拱长度覆盖率对炉内燃烧的影响,确定了前拱倾角50°,后拱倾角30°,后拱覆盖率50%的方案最佳。其次研究了尽早配风和推迟配风两种不同配风方式对炉内燃烧的影响,并对推迟配风的四种风量分配方案进行分析比较,确定推迟配风方式,风量配比为5%、5%、40%、40%、10%时,最有利于燃料的燃烧。然后对二次风的布置以及不同一二次风的配比进行模拟分析,得到一二次风的最佳配比,当一二次配风比在6:2:2时炉膛燃烧工况较好。设计完成后,按照锅炉的加工工艺,制造出秸秆打捆燃料燃烧设备,并开展了秸秆打捆燃料燃烧设备运行试验,测试了燃烧设备燃烧性能和污染物排放,结果表明,该锅炉燃烧效率达到80%以上,满足设计要求,往复炉排、多拱炉膛结构与各受热面较好匹配,锅炉设计合理,排烟中CO、CO_2和NO_X含量均符合环保指标,具有较高的环保效益,为秸秆打捆燃料的推广应用和秸秆打捆燃烧技术的完善奠定理论基础并提供科学指导。
【学位单位】：河南农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S22
【部分图文】：
图 1-1 2011-2016 年中国农作物秸秆资源量Fig.1-1 The straw resources of China in 2011-2016 years可收集的农作物秸秆资源以玉米秆、稻秆和麦秆为主，三者比例分别为 28.61%～32.8.72%～27.59%和 17.37%～18.48%，累计可达 73%以上，在其他秸秆资源中，豆秆、花、油菜秆、署藤、棉花秆及甘蔗秆等在秸秆总量中的比例均在 2%～8%之间，芝麻杆、和甜菜茎叶三类秸秆资源量较小。2012 年甘蔗叶所占比例为 6.41%，棉秆所占比例为98%，花生杆所占比例为 2.76%，油菜秆所占比例为 5.84%，豆秆所占比例为 3.15%，所占比例为 1.99%，芝麻杆、麻杆和甜菜茎叶在资源总量中所占比例不足 1%（图 1-2）
图 1-1 2011-2016 年中国农作物秸秆资源量Fig.1-1 The straw resources of China in 2011-2016 years作物秸秆资源以玉米秆、稻秆和麦秆为主，三者比例分别为 28.61%%和 17.37%～18.48%，累计可达 73%以上，在其他秸秆资源中，豆藤、棉花秆及甘蔗秆等在秸秆总量中的比例均在 2%～8%之间，芝类秸秆资源量较小。2012 年甘蔗叶所占比例为 6.41%，棉秆所占比所占比例为 2.76%，油菜秆所占比例为 5.84%，豆秆所占比例为 3.1.99%，芝麻杆、麻杆和甜菜茎叶在资源总量中所占比例不足 1%（
图 1-3 农作物秸秆利用情况Fig.1-3 The utilization of straw物秸秆打捆资源现状作物秸秆打捆机械情况的热量低，体积大，作为燃料直接散烧，能量密度太低，运输和储存也不便，这地限制了秸秆作为燃料的大规模应用。对秸秆就地进行高密度压缩，能够解决秸量密度低、储运困难且成本高等问题，采用机械化打捆是一种非常方便的秸秆收，特别是在田间运行作业的各种类型的秸秆捡拾打捆机，能自动完成玉米、小麦物秸秆的捡拾、压捆、捆扎、打结和放铺一系列工作，将散乱于田间的各类秸秆收集和打捆机压制成捆，方便运输、加工和贮存，农作物秸秆打成捆是最经济、方式之一。上第一台机械固定式牧草打捆机由美国人迪德里克（Dederic）于 1870 年发明，了固定式小方捆机及圆草捆机。在经历了几十年的发展后，20 世纪 30 年代初牵打捆机的诞生使打捆机迎来了第一次飞跃性的进步。随后十年，牵引式打捆机逐
【参考文献】
本文编号：2835681
【学位单位】：河南农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S22
【部分图文】：
图 1-1 2011-2016 年中国农作物秸秆资源量Fig.1-1 The straw resources of China in 2011-2016 years可收集的农作物秸秆资源以玉米秆、稻秆和麦秆为主，三者比例分别为 28.61%～32.8.72%～27.59%和 17.37%～18.48%，累计可达 73%以上，在其他秸秆资源中，豆秆、花、油菜秆、署藤、棉花秆及甘蔗秆等在秸秆总量中的比例均在 2%～8%之间，芝麻杆、和甜菜茎叶三类秸秆资源量较小。2012 年甘蔗叶所占比例为 6.41%，棉秆所占比例为98%，花生杆所占比例为 2.76%，油菜秆所占比例为 5.84%，豆秆所占比例为 3.15%，所占比例为 1.99%，芝麻杆、麻杆和甜菜茎叶在资源总量中所占比例不足 1%（图 1-2）
图 1-1 2011-2016 年中国农作物秸秆资源量Fig.1-1 The straw resources of China in 2011-2016 years作物秸秆资源以玉米秆、稻秆和麦秆为主，三者比例分别为 28.61%%和 17.37%～18.48%，累计可达 73%以上，在其他秸秆资源中，豆藤、棉花秆及甘蔗秆等在秸秆总量中的比例均在 2%～8%之间，芝类秸秆资源量较小。2012 年甘蔗叶所占比例为 6.41%，棉秆所占比所占比例为 2.76%，油菜秆所占比例为 5.84%，豆秆所占比例为 3.1.99%，芝麻杆、麻杆和甜菜茎叶在资源总量中所占比例不足 1%（
图 1-3 农作物秸秆利用情况Fig.1-3 The utilization of straw物秸秆打捆资源现状作物秸秆打捆机械情况的热量低，体积大，作为燃料直接散烧，能量密度太低，运输和储存也不便，这地限制了秸秆作为燃料的大规模应用。对秸秆就地进行高密度压缩，能够解决秸量密度低、储运困难且成本高等问题，采用机械化打捆是一种非常方便的秸秆收，特别是在田间运行作业的各种类型的秸秆捡拾打捆机，能自动完成玉米、小麦物秸秆的捡拾、压捆、捆扎、打结和放铺一系列工作，将散乱于田间的各类秸秆收集和打捆机压制成捆，方便运输、加工和贮存，农作物秸秆打成捆是最经济、方式之一。上第一台机械固定式牧草打捆机由美国人迪德里克（Dederic）于 1870 年发明，了固定式小方捆机及圆草捆机。在经历了几十年的发展后，20 世纪 30 年代初牵打捆机的诞生使打捆机迎来了第一次飞跃性的进步。随后十年，牵引式打捆机逐
【参考文献】
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本文编号：2835681
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