秸稈固化成型燃料助燃劑研制及燃燒特性試驗與模擬研究.pdf

1、我國是世界上最大的農業(yè)國家，年產各類作物秸稈總量達7.1億噸。其中，約有40％～50％秸稈未被利用，常被露天焚燒，導致嚴重的大氣污染和火災，秸稈焚燒已經成為全國各地都面臨的一大環(huán)境問題。通過固化成型技術把秸稈轉化成生物質固化成型燃料(Densified biomass bfiquettingfuel，DBBF)是秸稈能源化利用的有效方法。但是，當DBBF用于小型炊事爐時，存在點不著火、點火時間長和煙氣污染等問題，從而嚴重影響了DBBF的

2、推廣和使用。因此，研制經濟、有效和環(huán)境友好的成型燃料專用引火助燃劑，對解決成型燃料點火難、污染問題及成型燃料爐具的改進具有重要的實際意義。本文針對玉米秸稈固化成型燃料(Densifled com stoverbriquetting fuel，DCBF)及其LLA-6型生物質半氣化爐，研制了多種DCBF引火助燃劑，并對其點火性能和點火特性進行了試驗研究與評價、實現(xiàn)了DCBF的快速點燃，并且煙氣排放達到了環(huán)保要求；同時，還開展了DCBF燃燒

3、特性及其數(shù)值模擬方面的研究，獲得了一些重要的結論。
　　 1.引火助燃劑研制及其點火特性和煙氣排放特性研究。(1)用廢機油、廢柴油和工業(yè)酒精以不同的體積比研制出25種液體助燃劑，通過反復點火試驗，綜合考慮成本及點火特性等各種因素，初步選定ED15和DA51兩種助燃劑做為備選助燃劑，其最佳用量分別為9 mL和8 mL，比不用助燃劑點火速度快30～40倍。(2)對不同用量的助燃劑ED15和DA51引燃過程中的煙氣排放情況(包括煙氣中

4、的O2、CO2、CO、煙氣溫度、NO、NO2、NOx、SO2和燃燒效率這9項指標)進行了試驗研究，研究結果表明：兩種助燃劑煙氣排放指標均符合北京市地方排放標準，助燃劑ED15用量為9 mL時污染物排放較低，因此，助燃劑ED15被確定為待推廣的助燃劑。
　　 2.DCBF燃燒特性試驗研究與分析。(1)利用柴爐熱性能試驗方法對LLA-6型爐具的熱性能進行了測試，結果顯示其熱效率只有20％，沒能達到北京市地方標準(熱效率≥35％)。(

5、2)利用熱電偶溫度傳感器和精密天平分別對爐具內各位置的溫度和燃燒失重量進行測定。根據(jù)所測溫度和失重量數(shù)據(jù)對燃燒過程進行動力學分析。利用“多變混合速率掃描法”得出DCBF在LLA-6型炊事爐中燃燒時的燃燒機理：在快速升溫階段和降溫階段DCBF燃燒符合的三維擴散機理，球形對稱，3D，D4，減速形a-t曲線，其積分形式表達式為G(a)=1-2a/3-(1-a)2/3；在快速升溫與溫度恒定之間的拐點處和恒定溫度階段DCBF燃燒機理屬于化學反應，

6、F2，減速形a-t曲線，其積分形式表達式G(a)=(1-a)-1。(3)利用煙氣分析儀對燃燒過程中煙氣排放的各種污染物指標進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)在整個燃燒過程中污染物排放指標均符合北京市地方污染物排放標準。有風條件下的各種污染物排放指標略高于無風條件下的各種污染物排放指標。因此，在無風條件下助燃劑ED15用量為9mL時效果最佳。
　　 3.DCBF燃燒特性的數(shù)值模擬。利用Fluent軟件和燃燒過程所遵循的基本定律，采用湍流和有限速率等燃

7、燒模型對DCBF燃燒特笥進行數(shù)值模擬，結果發(fā)現(xiàn)：(1)燃燒爐內CO2濃度為18.4％，在爐口處的CO2濃度為9％左右，排煙管中CO2濃度為6.47％；在助燃器內幾乎沒有任何化學反應發(fā)生，助燃器并沒有起到應有的助燃作用，而是起了降低熱效率的作用。(2)通過對32種不同改進情況進行模擬，結果表明助燃器通風孔全部關閉時(即沒有二次進風)效果最好。助燃器內部溫度范圍為990～1020K，爐口處最高溫度為1020K。沒有二次進風時爐口處溫度分別比

8、關閉0排、1排、2排、3排和4排通風孔時高19.86％、29.86％、37.67％、39.59％和39.73％。因此，推薦改造最佳方案為不用助燃器，不帶二次進風。由助燃器散熱及二次進風帶走的熱損失q2和q3之和為19.21％。將助燃器及二次進風除掉，將助燃器部分直接改為火焰通道，可將原爐具的熱效率20％提高到39.21％，可以使熱效率提高近1倍，并可使爐具達到北京市地方標準。
　　 綜上所述，助燃劑ED15用量為9 mL時引燃D