秸秆捆烧特性研究及除尘系统设计

发布时间：2020-05-10 16:59

【摘要】：由于化石能源短缺的情况逐渐严重,生物质秸秆的燃烧利用开始受到人们的广泛关注。生物质能源是地球上唯一可再生的清洁能源,因其具有挥发分比重大、炭活性强、燃烧后排放物对环境危害小等的特点,非常适宜于大量的开发和转化利用,是一种对环境友好型的燃料。然而,随着我国国民经济的发展,我国广大农村地区的能源结构也发生了巨大的变化,大量的秸秆被遗弃或就地焚烧在田间地头,造成了严重的资源浪费和环境污染。目前,我国秸秆的利用方式主要包括直接燃烧、热解、发酵等方式,秸秆燃烧利用方式主要有悬浮燃烧、传统散烧、打捆燃烧、致密成型燃烧四种燃烧方式。但在这四种燃烧方式中,传统散烧燃烧效率低,悬浮燃烧飞灰严重,秸秆不易运储,成型燃烧耗能高,而秸秆打捆燃烧方式综合了以上三种燃烧方式的优点,打捆燃料增加了秸秆类生物质的密度,便于运输和储存,同时,打捆方式相较于压缩成型方式,耗能较少,因此,打捆燃烧是未来最具发展前景的燃烧方式。本论文主要从以下三个方面开展了研究工作:(1)捆烧燃烧特性实验和灰特性实验:论文采用TG-DTG联用技术对常见的玉米秸秆散烧、打捆、成型三种燃烧方式进行了热重实验分析,通过对实验数据进行计算和作图,得到了三种燃烧方式下的燃烧特性指数,并做出对比,找出捆烧与其他两种燃烧方式的不同。实验结果表明:捆烧和散烧、成型燃烧一样,都要经历水分蒸发、挥发分的析出以及固定碳的燃烧和燃尽三个阶段;由于打捆燃料具有独特的尺寸结构,不利于燃料内部进行传热传质,其挥发分的析出峰值时间晚于其他燃烧方式,捆烧挥发分析出特性Rv为0.3250×1~(0-3)·K~(-2)·min~(-1)远远低于散烧和成型燃烧方式;打捆燃料内部的挥发分不易析出,析出过程较为平稳,并维持较长时间;在固定碳的燃烧阶段,打捆燃料失重存在更为显著的峰值点;论文自主设计了捆烧实验台,通过捆烧实验台模拟打捆燃料的实际燃烧过程,对热重实验结果进行了实验验证,实验结果表明两者具有相似性。论文还对秸秆捆烧燃料的灰分进行了一系列灰特性实验,得出了捆烧灰分的各项灰特性参数:捆烧灰分浸润性平均值为10.21mm/min,8.0,具有良好的浸润性,为亲水性物质;捆烧灰分吸湿性24小时的实验平均值为6.315%,48小时实验的平均值为7.147%,捆烧灰分为高吸湿性的粉尘颗粒;捆烧灰分的比电阻平均值为1.953×106Ω.cm,接近低比电阻范围。灰特性实验明确了捆烧灰分的物化特性,对以后的捆烧设备除尘设计具有一定的指导意义。(2)捆烧设备除尘设计:论文将打捆燃料的燃烧特性与捆烧锅炉供风系统设计相结合,采用分段式供风,提出了一种新型锅炉供风系统设计思路。同时,还根据秸秆打捆燃料的尺寸结构特点,对捆烧锅炉进行结构选型,并对锅炉整体进行了设计计算。文中还根据捆烧灰分的灰特性指数选取了最适宜的除尘器——水膜除尘器和静电除尘器,两级除尘方式。使捆烧锅炉在清洁高效燃烧的同时,烟气能达到国家排放标准。(3)捆烧设备实验验证:论文最后对课题组所设计的捆烧锅炉进行了实验验证,实验结果表明:捆烧锅炉排放烟气中烟尘含量平均为27mg·m~(-3)左右,低于国家排放标准50mg·m~(-3)。
【图文】：

而后逐年有所下降，根据最新数据显示，，到 2015 年为止，石油占据化石能源消耗总体的32.9%；天然气所占的份额不断提升，由 1965 年的 15.8%上升到了 2015 年的 23.9%，提高了大约 8 个百分点。随着人们能源危机意识的增强，各类可再生能源也受到了人们的广泛关注，在过去的几十年里，可再生能源占一次能源利用的比重一直呈现快速增长的趋势，从1965 年的 5.6%，到最近的数据显示可再生能源已经占到了一次能源利用的 9.6%，具体统计数据如图 1-1 所示：

图 1-2 2015 年和 2035 年世界一次能源消费结构Figure 1-2 Structure of world primary energy consumption, 2015 and 2035数据来源：BP.StatisticalReview Of World Energy 2016，以及 BP、IEA 预测数据。1.2.2 生物质捆烧技术捆烧就是将秸秆类生物质打捆后整体直接进行燃烧。丹麦等国外的捆烧研究开展最早，技术较为为成熟，丹麦早在上个世纪 70 年代就已经开始使用整捆秸秆进行燃烧，第一批燃烧整捆秸秆锅炉的性能比较差，燃烧效率只有 30%～40%，而且烟气中的 CO 浓度较高。在1990 年，丹麦政府制定能源计划以求减少 CO2的排量，由于生物质能源可以实现 CO2的零排放，丹麦就开始鼓励用生物质锅炉来代替小型燃用化石燃料的锅炉。1995 年，丹麦就制定了秸秆锅炉补贴计划，秸秆锅炉的应用规模有了显著提高。2002 年，丹麦政府又颁布了新的补贴制度，锅炉想要获得补助就必须要通过型号核准测试，各项指标要达到排放标准，
【学位授予单位】：河南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK6;S216

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本文编号：2657613