生物质秸秆的燃烧特性仪器实验与NOx生成特性数值模拟

【摘要】： 世界面临着能源供应紧张和生态环境恶化的双重压力,生物质能作为一种可再生的清洁能源,逐渐受到重视,而且发挥着越来越重要的作用。农作物秸秆是我国农村常见的农业废弃物,具有分布广、资源量大等特点。开展秸杆的燃烧研究,为秸秆直燃发电技术奠定基础,对于改善我国的能源结构、保障能源安全、降低环境污染具有十分重要的意义。 本文首先进行了不同秸秆燃料的粉末燃烧实验,采用着火温度、火焰稳定性指数及燃烧特性指数来判定燃料的燃烧性能;分析升温速率、自身化学组分对燃料燃烧失重过程的影响;通过热分析数学方法求解了秸秆燃料燃烧动力学特性。 接着进行了秸秆碎段的燃烧实验,研究了粒径、表面构成对油菜秸秆碎段燃烧过程的影响,以及水稻秸秆不同部位的燃烧特性。结果表明,油菜秸秆碎段随着碎段粒径、自然表面的增大,燃烧性能降低;水稻秸秆不同部位碎段的燃烧性能相差较大。 最后利用Aspen Plus软件平台建立了生物质燃烧模型,对燃烧中NOx的生成进行了模拟计算,计算结果与已有文献的实验结果较好地相符。在此基础上,研究了燃烧温度和过量空气系数对生物质燃烧NOx生成的影响规律。结果表明,生物质燃烧过程中NOx的生成量随温度和过量空气系数的增长而快速增长;应用Aspen Plus模拟生物质燃烧具有一定的可行性,而且其模型设置较为灵活,能够对多种生物质的燃烧进行热力学分析,可为生物质清洁燃烧技术提供有益参考。 【关键词】：生物质秸秆 燃烧特性 NO_x Aspen Plus 数值模拟
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TK6
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 生物质资源概述10-14
• 1.1.1 我国可开发的生物质资源11-12
• 1.1.2 生物质能转化利用技术12-13
• 1.1.3 国内外农作物秸秆的能源利用现状13-14
• 1.2 生物质燃烧技术的发展及应用14-19
• 1.2.1 生物质燃烧技术14
• 1.2.2 混合燃烧技术14-17
• 1.2.3 国内外生物质悬浮燃烧技术的应用现状17-19
• 1.3 国内外相关研究进展19-21
• 1.4 本论文的研究内容、研究目标及意义21-22
• 1.4.1 本论文的研究内容21
• 1.4.2 本论文的研究目标及意义21-22
• 第二章 秸秆燃烧相关基础理论22-28
• 2.1 秸秆的化学组成22
• 2.2 秸秆燃烧过程及影响因素22-25
• 2.2.1 失水干燥过程22-23
• 2.2.2 挥发分析出燃烧过程23-24
• 2.2.3 焦炭燃烧过程24-25
• 2.3 秸秆燃烧NOx的生成25-28
• 2.3.1 生物质燃烧NOx的排放与危害25-26
• 2.3.2 生物质燃烧NOx的生成机理26-28
• 第三章 秸秆粉末燃烧特性仪器实验28-47
• 3.1 燃烧特性实验原理28-29
• 3.1.1 热分析原理28
• 3.1.2 燃烧特性研究的热天平分析方法28-29
• 3.2 秸秆的燃烧化学特性分析29-32
• 3.2.1 秸秆的工业分析29-30
• 3.2.2 秸秆的元素分析30-31
• 3.2.3 秸秆的热值分析31-32
• 3.3 秸秆粉末的燃烧热重实验32-40
• 3.3.1 实验仪器与方法32-34
• 3.3.2 秸秆的热重曲线34-36
• 3.3.3 热重曲线特征值点的确定36-37
• 3.3.4 热重分析燃烧特性的表征37-38
• 3.3.5 生物质燃料燃烧特性分析38-40
• 3.4 秸秆燃烧动力学分析40-44
• 3.4.1 动力学基本表达式40-41
• 3.4.2 Coats-Redfern法41-43
• 3.4.3 动力学参数分析43-44
• 3.5 秸秆粉与煤粉低混燃比下的燃烧热重实验44-46
• 3.5.1 实验仪器与方法44-45
• 3.5.2 实验结果及分析45
• 3.5.3 混燃曲线燃烧特性分析45-46
• 3.6 本章小节46-47
• 第四章 秸秆碎段颗粒的燃烧特性仪器实验47-60
• 4.1 油菜秸秆不同粒径碎段的燃烧热重实验47-50
• 4.1.1 实验仪器与方法47-48
• 4.1.2 实验结果及分析48-50
• 4.2 油菜秸秆不同结构碎段的燃烧热重实验50-55
• 4.2.1 实验仪器及方法50-51
• 4.2.2 不同表面构成对失水、脱挥发分过程的影响51-53
• 4.2.3 不同表面构成对焦炭燃烧过程的影响53-55
• 4.3 水稻秸秆不同部位碎段的燃烧热重实验55-58
• 4.3.1 实验仪器与方法56
• 4.3.2 实验结果及分析56-58
• 4.4 本章小结58-60
• 第五章 基于ASPEN PLUS的秸秆燃烧NOx生成模拟60-69
• 5.1 ASPEN PLUS简介60-61
• 5.2 模型的基本原理61-62
• 5.2.1 化学反应平衡61
• 5.2.2 相平衡61-62
• 5.3 建立模型62-65
• 5.3.1 模拟对象62
• 5.3.2 模型建立62-65
• 5.4 结果分析65-68
• 5.4.1 模型的可靠性验证65-67
• 5.4.2 温度对NOx生成的影响67-68
• 5.4.3 过量空气系数对NOx的影响68
• 5.5 本章小结68-69
• 第六章 结论与展望69-72
• 6.1 全文总结69-70
• 6.2 工作展望70-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-77
• 在读学位期间发表的论文77

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