生物質(zhì)燃燒與傳熱強化的試驗及數(shù)值模擬.pdf

1、與煤、石油等傳統(tǒng)的化石能源相比，生物質(zhì)能源不僅是可再生的清潔能源，而且開發(fā)潛力巨大。隨著近年來成型技術(shù)及燃燒技術(shù)的發(fā)展，生物質(zhì)能的開發(fā)和利用越來越受到人們的重視。尤其對于廣大的農(nóng)村地區(qū)來說，作為主要的生活用能來源，生物質(zhì)能扮演著重要的角色。由于形成條件及形成過程不同，生物質(zhì)與煤的成分和結(jié)構(gòu)不相同，決定了其燃燒設(shè)備在結(jié)構(gòu)設(shè)計、空氣供給等方面與燃煤鍋爐有所不同。目前生物質(zhì)能的利用以直接燃燒為主，燃燒過程中存在諸多問題，其中，以受熱面上的沉積

2、問題最為嚴(yán)重，不但阻礙了受熱面的熱量傳遞，而且對鍋爐效率產(chǎn)生影響。
　　 本文在自行設(shè)計的氣化燃燒爐上進(jìn)行了相關(guān)試驗研究。燃燒方式為逆向燃燒，燃料從上部送至燃燒室，燃燒空氣從頂部強制鼓入，新燃料受下面已燃燒的燃料層的預(yù)熱、干燥，進(jìn)而著火燃燒。首先對玉米秸稈、棉稈及木屑顆粒燃料進(jìn)行了工業(yè)分析、元素分析及熱值的測定。其次，利用熱電偶測量爐排及爐膛內(nèi)的煙氣溫度，利用煙氣分析儀測量煙氣中的CO濃度，研究爐排面積熱負(fù)荷、爐膛容積熱負(fù)荷、燃

3、料含水量及過量空氣系數(shù)對燃燒過程的影響，確定了適用于生物質(zhì)燃燒的爐排面積熱負(fù)荷、爐膛容積熱負(fù)荷及過量空氣系數(shù)。
　　 通過所建燃燒爐，研究了換熱表面污垢沉積對傳熱過程的影響，結(jié)果表明:污垢沉積層導(dǎo)致傳熱惡化，使傳熱系數(shù)大幅降低。以換熱表面的污垢增長率為指標(biāo)，試驗研究了燃料種類、燃料粒度、煙氣速度對沉積的影響，總結(jié)了引起換熱表面灰沉積的原因。針對燃燒爐沉積問題嚴(yán)重、傳熱不足的缺點，采用換熱管內(nèi)插旋轉(zhuǎn)扭帶的方法強化傳熱。利用CFD技

4、術(shù)，建立了扭帶管內(nèi)流體流動的三維物理模型及數(shù)學(xué)模型，對扭帶管及光管內(nèi)流體的溫度場及速度場進(jìn)行分析，結(jié)果表明:扭帶管內(nèi)流體做三維螺旋運動，相同高度截面上軸向速度、切向速度及徑向速度均高于光管;扭帶降低了流體截面的平均溫度，強化了傳熱。根據(jù)模擬結(jié)果分析了傳熱系數(shù)及阻力系數(shù)隨雷諾數(shù)的變化規(guī)律，以傳熱與流動性能比作為評價指標(biāo)，確定了扭帶的最佳結(jié)構(gòu)尺寸。
　　 最后，對內(nèi)插旋轉(zhuǎn)扭帶的換熱管進(jìn)行試驗，結(jié)果顯示扭帶使換熱管的傳熱系數(shù)提高35.