6MW生物质发电机组炉内冷态流场研究

南京理工大学硕士学位论文6MW生物质发电机组炉内冷态流场研究姓名：陈辉申请学位级别：硕士专业：热能工程指导教师：张后雷200806106MW生物质发电机组炉内冷态流场研究作者：陈辉学位授予单位：南京理工大学相似文献(8条)1.学位论文李戈超细煤粉再燃机理及细粉分离技术研究2003该文主要对电站锅炉中应用再燃技术降低NO,x排放进行了详细的研究.该文首次进行了生物质燃料作为再燃燃料还原NO的试验研究,研究表明生物质燃料再燃还原NO可以取得非常好的效果,在一定的条件下可以达到50﹪-70﹪,生物质燃料的挥发分析出和燃烧的时间都要比煤粉短,用作再燃燃料可以有效的保证锅炉的效率.该文还尝试了通过生物质挥发分同相还原NO的化学动力学计算来对生物质燃料的再燃进行模拟,计算结果和试验结果规律是一致的,说明该模型是合理的.超细煤粉再燃技术中的一个关键技术问题是要解决超细煤粉的来源问题,该文在第五章主要进行了下抽气旋风分离器的试验研究,其目的是要提出一种简单高效的超细煤粉的收集方法.试验结果表明下抽气旋风分离器在控制一定的抽气量和抽气位置的情况下,是可以收集到足够量的细粉,为了探究在下抽气对旋风分离器流场的影响,对旋风分离器进行了数值计算,模拟了旋风分离器内流场及颗粒在分离器中的运动轨迹.最后,该文对电厂的一台200MW的四角切园的锅炉应用再燃改造方案后炉内的情况进行了数值计算模拟,研究了四角切圆锅炉内NO,x的生成规律和再燃技术应用后对NO的还原效果,并对锅炉进行改造后炉内的流场和温度场进行了计算,为工程应用提供参考.2.学位论文罗玉和高温空气回转窑内生物质燃料流动、传热与燃烧特性研究2007随着煤、油等一次能源的日益减少，生物质等可再生能源越来越得到广泛的关注。焚烧并实现能源化利用是生物质处理的一种较有效方式，但一些生物质能量密度低、水分含量高，使用传统的燃烧技术往往需要较大的空燃比，排烟热损耗大，热利用效率低。本文在调研和综合分析的基础上，从理论、数值模拟、试验研究几个方面对回转窑体内的生物质高温空气焚烧特性进行了研究，侧重探讨了生物质燃料在炉内的输运规律、炉内的传热与燃烧规律、NO,x的释放与减排规律。这些基础研究工作将为高温空气生物质焚烧回转窑炉的优化、开发及商业化应用提供理论依据。首先根据高温空气燃烧系统原理设计了高温空气回转窑生物质燃料燃烧实验台，主要由高温空气发生器、回转窑及尾部烟道和实验台自动控制系统组成。并对实验台的关键部件-高温空气发生器蓄热体的换热效率以及四通阀切换瞬间炉内温度的稳定性进行了实验研究，验证了高温空气燃烧技术的高效节能特性。结果表明：蓄热体的换热效率随着炉温升高而增大，在空气温度800℃以上时，换热效率可超过82％。随着温度的增高，排烟温度也逐渐升高，系统散热增大，换热效率的增加幅度也有所减小，最后基本趋向平稳，达到84.5％左右。在四通阀切换瞬间，由于蓄热体蓄热作用，炉内温度变化较小，稳定性良好，能满足燃烧实验要求。物料在回转窑内的输送规律对固体废弃物传热和燃烧有较大影响。先用实验方法，在冷态情况下通过改变有关参数：窑内风速、物料种类、回转窑转速和倾角，研究了对物料输送规律的影响。实验研究发现回转窑内物料传输过程中的众多影响因素与MRT之间存在着强烈的非线性机理。针对这一特性，运用了6-16-10-1四层BP神经网络模拟了MRT与各因素之间的映射关系，建立了非线性传输模型，对模型中40组实验数据的预测结果显示，该模型预测值与实验结果较好吻合，平均相对误差为4.1％，能正确反应物料在回转窑内的传输过程。生物质在高温空气回转窑内的传热、燃烧有其特殊规律，结合HTAC技术的特点，采用CFD软件Fluent和FLIC，对回转窑内的生物质焚烧过程进行了数值模拟，发现HTAC技术可以降低炉内温度峰值，使炉膛内温度场均匀，也提高了燃烧的稳定性。高温空气可以缩短燃烧的过程，提高氧气体积分数可以加剧燃烧。建立了生物质燃料高温空气回转窑内焚烧的NO,x生成模型。高温空气焚烧的特点决定了生物质燃烧后NO,x主要以燃料型为主，而生物质的特点决定了NO,x形成过程的中间产物主要为NHi，以此建立了相关的理论模型，并用实验数据进行验证。研究表明生物质燃料稻壳燃烧时，NO,x的生成浓度随高温空气温度的增加而增加，在一定温度(1000-1050℃)以后，NO,x浓度增加更是有加快趋势。而随着氧气体积分数的降低，NO,x的生成浓度降低。在空气温度1200℃，氧气体积分数21％时，NO,x的生成浓度为380mL/m'3，而氧气体积分数在8％以下时，NO,x生成量可低于30mL/m'3。以上的机理研究，实现了对高温空气回转窑生物质焚烧特性有一个初步认识，为该技术的应用提供了一定的基础。3.学位论文楼波固体废弃物高温空气回转窑应用特性研究2007随着我国城市化进程推进和国民经济的高速发展，固体废弃物的数量在迅速增加。焚烧并实现能源化利用是固体废弃物处理的一种较有效方式。但一些固体废弃物成分多变、水分高、热值低，焚烧处理中存在燃烧不稳、污染物难处理等问题。本文在调研和综合分析的基础上，提出固体废弃物高温空气回转窑焚烧处理的技术方案，并从理论、数值模拟、实验研究几个方面对回转窑体内的固体废弃物高温空气焚烧特性进行了研究，侧重探讨了固体废弃物燃料在炉内的输运规律、炉内的传热与燃烧规律、污染物的释放与减排规律。这些基础研究工作将为固体废弃物高温空气焚烧回转窑炉的优化、开发及商业化应用提供理论依据。首先用能值理论并结合清洁发展机制(CDM)方法，以城市生活为例，对垃圾填埋气发电、垃圾焚烧发电和垃圾堆肥3种方式进行评价。能值分析表明：填埋气发电、焚烧发电、堆肥的能值产出率较低，但从环境负载率来看对环境保护仍有积极意义。成本一收益分析垃圾处理的净收益都为负值，如考虑CDM机制，引进发达国家减排增量成本资金，垃圾填埋及沼气发电、垃圾焚烧发电可以获得正的净收益，并且环境负载率(ELR)进一步降低为0.07和0.05，远小于1，同时可持续发展指数(ESI)增加到56.9和79.2，可持续性大为提高，使垃圾处理系统能有效运转。固体废弃物在回转窑内的输送规律对固体废弃物传热和燃烧有较大影响。先用实验方法，在冷态情况下通过改变有关参数：窑内风速、物料种类、回转窑转速和倾角，研究了对物料输送规律的影响。物料在窑内平均停留时间(MRT)随回转窑转速的提高而减小，并且转速较小(5r/min)时，MRT对转速的变化较敏感，只要改变较小的转速，MRT就会有较大的变化。物料在回转窑内的平均停留时间MRT随回转窑体倾角增加而均匀减小，近似随倾角增加直线下降。回转窑内风速的影响规律较为复杂，在较小回转窑转速(2.50r/min)、较低窑内风速(0.25m/s)时，风速增加，MRT下降较快；而在较大回转窑转速(2.50r/min)、较高窑内风速(0.25m／s)范围，风速对MRT的影响减缓；特别在风速超过一定值时(0.5m/s)，因推进物料和增加物料滚落阻力的双重影响，风速对MRT影响趋于稳定，进而建立了风速条件下回转窑内输运的理论模型(MMCAV)。该模型较好地反映了风速条件下回转窑内物料输运的规律，并研究发现传统模型中风速的影响范围与回转窑倾角有较大关系，当倾角α=3.04°、风速c0.41rn/s时，必须考虑风速对物料输运的影响；而倾角α=4.56°、c0.25m/s时，应考虑风速的影响。固体废弃物在高温空气回转窑内的传热、燃烧有其特殊规律，结合高温空气燃烧技术(HTAC)的特点，采用CFD软件Fluent和FLIC，对回转窑内和物料层的生物质焚烧过程进行了数值模拟，发现高温空气燃烧可以加剧燃烧的过程，提高氧气体积分数可以加剧燃烧。例如算例中空气入口温度为1273K时，整个燃烧过程在1．25m处完成，而空气入口温度为1073K时，整个燃烧一直到1．9m才完成；空气中氧气体积分数为21％时，整个燃烧完成在1．4m处，同样温度下空气中氧气体积分数10％要燃烧到1．9m处才完成。高温低氧燃烧可以降低炉内温度峰值，使炉膛内温度场均匀，也提高了燃烧的稳定性。在同样入口温度1073K时，高温低氧燃烧最高温度为1650K，与出口烟气温度差450K，而常规燃烧方式最高温度到2150K，最高温度与出口烟气温度差达到600K。高温低氧燃烧时为了使燃烧完全，需要增加回转窑长度，同时要提高过剩空气系数。在空气温度为1273K、氧量体积分数15％、过剩空气系数高达1．5时，因窑内流速提高，完全燃烧长度超过1．9m。固体废弃物高温空气回转窑焚烧有着显著的非线性特征，其中着火是一个非线性突变过程。根据热流势函数，探讨了高温空气燃烧中的能量平衡与突变规律。在对回转窑内燃烧进行能量平衡分析时发现，空气温度高于燃料燃点温度时，燃料能实现高温低氧燃烧。以炉膛温度为状态变量，以高温空气温度和空气量为控制变量的尖点突变模型，可以较好地解释高温空气回转窑内着火的复杂现象和系统出现的不稳定状态。高温空气量的变化，会使得系统内部的热量产生波动，引起着火的发生或熄火，而高温空气温度的提高可以使燃烧的不稳定区域缩小。在本文燃烧条件下，高温空气温度达700℃以后，燃烧的不稳定区域逐渐减少，在空气温度为1200℃时，完全消失。考虑到高温空气温度太高，产生较困难等实际情况，建议燃烧时高温空气选取1000℃，这时着火的温度跳跃较小，燃烧较稳定。建立了生物质燃料高温空气回转窑内焚烧的NOx生成模型。高温空气焚烧的特点决定了生物质燃烧后NOx主要以燃料型为主，而生物质的特点决定了NOx形成过程的中间产物主要为NH,i，以此建立了相关的理论模型，并用实验数据进行验证。研究发现生物质燃料——稻壳燃烧时，NOx的生成浓度随高温空气温度T,a的增加而增加，在一定温度(1000-1050℃)以后，NOx浓度增加更是有加快趋势。而随着氧气体积分数的降低，N0x的生成浓度降低，说明高温空气可实现低氧燃烧来抑制NOx生成。在空气温度为1200℃，氧气体积分数21％时，NOx的生成浓度为380ppm，而氧气体积分数在8％以下时，NOx生成量可低于30ppm。探讨了高温空气固体废弃物燃烧时汞的排放。由于固体废弃物中汞等重金属含量较高，焚烧时的形态演变和排放对环境会造成污染。在收集煤燃烧汞排放的实验数据基础上，建立了汞的演变和排放预测模型，并依此推算高温空气垃圾燃烧时的汞排放。在此基础上，计算了垃圾在高温空气回转窑燃烧时，在尾部有和无活性炭吸附装置情况下烟气中汞的排放。结果显示垃圾在回转窑内燃烧因物料氯的含量较高，在使用布袋除尘器和活性炭吸附装置以后，排放浓度达58.4μg/Nm'3，完全可以达到环保要求。以上的研究，实现了对高温空气回转窑固体废弃物焚烧特性有一个较全面的认识，为该工艺的应用提供了一定的理论和实验基础。4.学位论文汪莹莹基于高温烟气加热的热解气化炉热工特性研究2006在化石燃料日渐枯竭的今天，寻求有效的替代能源，是世界各国面临的严峻现状。生物质燃料作为一种古老的能源方式，由于其可再生/储量大以及对环境友善性的优点，再次受到能源工作者的重视，研究能提高生物质燃料利用效率的能源技术成为此项研究的重点。生物质热解气化技术，具有能将生物质原料转化为可燃气/产气的利用效率较高/适用范围广泛等优点，成为众多新型能源技术中的研究热点。基于高温烟气加热的生物质热解气化炉，是华中科技大学清洁生产实验室自主研制的新型生物质能源利用技术。原理是利用在炉体燃烧室中进行的生物质燃烧过程产生的大量热能，通过各烟气列管将该部分热量传递给在热解气化室内的进行热解气化反应的生物质原料，保证其反应的顺利进行。此项技术为综合利用生物质能源提供了良好的示范作用。为了解该新型基于高温烟气加热的热解气化炉运行时的工作状况，采用理论/实验研究与计算流体动力学数值模拟相结合的方式，在实验室电炉热解梧桐落叶实验与尺寸为0.48m×0.48m×1.60m的采用烟气加热方式的热解气化炉热解粗破碎梧桐落叶的中试