含水率和颗粒直径对生物质粉阴燃过程影响的实验研究

发布时间：2020-04-18 08:54

【摘要】：生物质燃烧广泛存在于生物质直燃应用,垃圾焚烧和各种火灾中。在这些应用或自然现象中,生物质原料的含水率会随原料来源、气候和环境等有很大不同,较常见的含水率变化范围为绝干到湿基含水率为30%。生物质的含水率会显著影响热值、物料内部热量和质量传递,从而影响燃烧持续时间和物料内部温度等。在生物质的利用中,粒径的大小受生物质粉碎的难易程度和粉碎成本制约,同时粒径作为生物质粉最基本的物理参数,会显著影响物料的堆密度,物料内部孔隙结构,热量和质量传递,从而影响反应速率、燃烧持续时间、物料内部温度和产生的气体浓度等。因此,研究含水率和粒径对生物质燃烧过程的影响是十分必要的。由于生物质粉体堆积物的阴燃反应和大颗粒燃料内部燃烧非常相似。因此,本研究采用生物质粉体堆积物的阴燃实验方法,考查含水率和粒径对生物质内部燃烧过程特性的影响,为固体燃料内部燃烧及阴燃燃烧过程特性分析提供依据。根据对目前阴燃过程实验研究方法的总结和对比分析,设计制作了生物质粉自然向下阴燃实验台。该实验台主要由引燃装置、阴燃反应器、监测系统和数据采集系统组成,能同步地进行生物质粉阴燃过程中的温度、失重以及烟气成分和浓度的实时监测和记录。其中阴燃反应器内腔尺寸为φ270×220mm,是由不锈钢桶内置厚为100mm的耐高温硅酸铝保温棉构成。实验用玉米秸秆粉填充于此内腔中。采用引燃装置从上部点燃燃料,燃烧向下进行,点燃燃料后,将电加热器移开。在燃烧过程中,物料内部温度由9个直径为1mm的K型热电偶检测。燃料重量由位于阴燃反应器之下的电子秤检测。燃烧产生的气体由气体收集器收集排出。实验还对气体进行了采样、除尘和除湿,并由气体分析仪检测气体中成分。在燃烧过程中,物料表面会由于收缩而不断下降,气体采样口不断调整,以保证采样口位置处于物料表面以上约1cm。温度、重量、气体成分等信号都采用USB数据采集模块、PQ2扩展模块和与其配套的数据采集记录软件采集和记录。采样频率可任意制定,本实验每隔100s记录一次数据。从绝干到湿基含水率30%的范围内选择6个含水率(0%、3.26%、6.05%、10.78%、20.93%和29.77%)进行实验,每个含水率重复两次实验。实验表明：1)在实验所采用的圆柱形反应器中,玉米秸秆粉阴燃时床层中相同高度不同径向位置处热电偶测得的温度基本一致,表明玉米秸秆粉在反应器中的阴燃传播过程可近似为一维传播过程。2)在实验的各种含水率下,不同的含水率对点火过程、物料内部干燥过程影响显著,干燥速率会随着含水率的增大而降低。而不同的含水率对物料内部最高温度、内部炭氧化过程、圆柱反应器径向温度分布以及失重特性等影响均较小。3)在各种含水率下,玉米秸秆粉阴燃过程内部最高温度自上而下越来越高,这和绝干炭粉阴燃的最高温度自上而下越来越低正好相反。分别对不同粒径的玉米秸秆粉(20-40目,40-60目,60-80目和80-100目)进行了阴燃实验和重复实验。实验表明：1)在实验所采用的圆柱形反应器中,各种粒径下的玉米秸秆粉阴燃过程的内部最高温度逐渐升高,并且物料内部最高温度会随着粒径的减小而增加。2)在实验的各种粒径下,反应初期的产气量都较多；并且不同粒径对物料阴燃产生的尾气(H2、CH4、C02和CO)含量影响显著。3)在各种粒径下,不同的粒径对物料内部干燥过程影响显著,而对物料内部炭氧化过程、圆柱反应器径向温度分布以及失重特性等影响均较小。实验分析得出的含水率和粒径对生物质粉阴燃过程的影响规律,可以为固体燃料内部燃烧及阴燃燃烧过程特性分析提供依据。
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK6

【参考文献】