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生物质利用领域密集颗粒体系特性研究

作　者: 汤子锋
导　师: 余春江
学　校: 浙江大学
专　业: 工程热物理
关键词: 生物质 聚团 颗粒 给料 架拱 模拟
分类号: TK6
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


生物质作为一种可再生能源,正受到越来越多的关注。但是由于生物质燃料特有的性质,如燃料热值低、碱金属含量高、燃料尺寸差异较大、密度小、水分含量高、流动性差等,在利用过程中经常会出现很多问题。生物质循环流化床锅炉中燃烧会出现聚团这一特殊的碱金属问题。本文首先从床料颗粒相互作用角度对聚团产生机理和聚团发展趋势预测展开研究。由于聚团引发流化失败的直接原因是流化介质对床料颗粒的作用力不足以克服颗粒间相对运动阻力,本研究尝试将床料颗粒从流态化过程中剥离出来,采用旋转圆筒试验台分析床料底渣密集颗粒体系内部颗粒之间相对运动阻力特性,以此来指导生物质流化床燃烧聚团趋势的预测。探讨了燃料形态、燃烧时间、球形床料等对聚团产生的影响。结果显示,燃料的形态对聚团有着重要的影响,燃料颗粒的流化性能越好,与床料反混越均匀,床层温度分布越均匀,难以形成局部的高温致使燃料灰自身或灰与床料反应生成的中低熔点物质熔融,可以延缓聚团的发生。床料颗粒间相互作用力测试结果显示床料表面附着的生物质灰在燃烧过程中沾附床料颗粒不断形成小团块以及床料颗粒表面的生物质灰在高温下熔融是造成滑移阻力增加的两个主要因素。床料颗粒间的运动阻力特性差异能够较好地在剪切试验台上反映出来,对聚团趋势的预测有一定的指导作用。生物质燃料一般水分含量高,燃料颗粒表面粗糙、形态极不规则、密度小等因素导致自然堆积的密集生物质颗粒体系的流动性较差,在炉前料仓储料环节以及料口推送进料环节经常会出现架拱现象,架拱现象的发生会导致燃料无法稳定供给。本文第二部分,采用基于离散元法的PFC软件对料仓内密集堆积的生物质颗粒体系的架拱现象进行了模拟,分析了开口大小、料层高度、仓壁摩擦系数等对料仓架拱的影响,发现开口直径越大,从开始卸料到架拱时的物料卸料率越高,架拱的可能性越低；料层高度越高,架拱的可能性就越大;物料长度减小时,架拱的可能性明显减小,物料长度对架拱有非常显著的影响。在小型的料仓内进行部分的试验验证,和模拟的过程较好的吻合。

全文目录


致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
1 绪论  10-16
  1.1 引言  10
  1.2 生物质燃烧发电技术  10-13
    1.2.1 悬浮燃烧  11
    1.2.2 层燃燃烧  11-12
    1.2.3 流化床燃烧  12-13
  1.3 生物质燃烧利用过程中的技术难题  13-14
    1.3.1 聚团问题  13
    1.3.2 受热面沉积腐蚀  13
    1.3.3 料仓架拱问题  13-14
  1.4 本文的主要内容  14-15
  参考文献  15-16
2. 基于密集颗粒受力分析的聚团研究  16-42
  2.1 聚团研究现状  16-23
    2.1.1 聚团的机理  16-19
    2.1.2 聚团的主要预测手段  19-22
    2.1.3 聚团主要应对方法  22-23
  2.2 基于床料颗粒力学特性的聚团研究  23-37
    2.2.1 引言  23-24
    2.2.2 试验台介绍  24-26
    2.2.3 燃料特性分析  26-27
    2.2.4 聚团燃烧试验和床料底渣力学特性的研究  27-37
  2.3 本章小结  37-39
  参考文献  39-42
3 料仓内颗粒流动架拱试验和模拟研究  42-78
  3.1 架拱研究现状  42-45
  3.2 料仓颗粒流动理论方法与试验模拟  45-59
    3.2.1 颗粒离散单元法的概述  45-46
    3.2.2 PFC基本理论  46-56
    3.2.3 料仓卸料架拱试验  56-59
  3.3 物料卸料过程的模拟分析  59-70
    3.3.1 不同开口尺寸的卸料模拟  59-65
    3.3.2 不同料层高度的卸料模拟  65-68
    3.3.3 同物料尺寸的卸料模拟  68-69
    3.3.4 不同仓壁摩擦系数的卸料模拟  69-70
  3.4 料仓卸料架拱试验分析  70-75
    3.4.1 开口尺寸的影响  70-72
    3.4.2 料层高度的影响  72-73
    3.4.3 颗粒尺寸的影响  73-74
    3.4.4 仓壁摩擦系数的影响  74-75
  3.5 本章小结  75-76
  参考文献  76-78
4 全文总结  78-80
  4.1 全文工作总结  78
  4.2 工作展望  78-80
作者简介  80

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 生物能及其利用
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