生物质固体成型燃料层燃燃烧模型研究现状

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1、2015年3月农机化研究第3期生物质固体成型燃料层燃燃烧模型研究现状111112赵欣，张永亮，孙桂平，李慧，张学敏，姚宗路(1．中国农业大学工学院，北京10083;2．农业部规划设计研究院/农业部农业废弃物能源化利用重点实验室，北京100125)摘要:介绍了生物质固体成型燃料层燃燃烧的数学模型，从挥发分析和燃烧模型、焦炭燃烧模型、辐射换热模型以及离散相模型几个方面阐述了国内外对生物质燃烧模型的研究。同时，分析了国内外生物质固体成型燃料燃烧数学模型研究存在的问题，并根据我国生物质固体成型燃料的特点，提出了我国固体生物质成型燃料燃烧模

2、型今后的研究方向。关键词:生物质固体燃料;层燃;模型;数值模拟中图分类号:TK62文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)03－0234－05DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.03.058应用于生物质燃烧方面。生物质层燃燃烧所使用的0引言［4］锅炉结构很简单、操作较为方便，但是过高的炉内社会经济的发展增大了人类对能源的需求，但化温度会造成灰熔点较低的生物质燃料结渣，同时在燃石能源的大量消耗带来严重的环境污染。作为一种烧过程中需要补充大量的空气，很难保证燃料的充分清洁的可再生能源，生物质能的开

3、发与研究倍受世界燃烧，还会影响锅炉的燃烧效率。此外，由于生物质各国政府的关注。生物质的固化、液化以及燃烧技术燃料的物理化学特性不同于煤等普通化石燃料，需要是生物质开发的主要技术，由于生物质的挥发分和炭对其层燃燃烧特性进行详细的研究。用数值模拟的活性较高，S、N及灰分含量都很低，燃烧过程可以实方法来研究生物质成型燃料的层燃燃烧特性，具有操［1］现CO2零排放等，是一种优质燃料。生物质固体成作简单、效率高和投资小等优点，已经成为最主要的型燃料是通过专门设备将秸秆、木屑等农业废弃物压研究方法。但是，用现有的生物质燃烧数学模型来模缩成特定

4、形状来增加其密度的固体燃料，具有高效、拟生物质的燃烧特性与实际现象还有误差，要想深入洁净、点火容易等优点，可替代煤炭等化石燃料用于揭示生物质燃料的燃烧特性，研究分析其燃烧模型对民用领域和锅炉燃烧、发电等工业领域。生物质燃料指导锅炉的设计和运行具有重要的意义。的应用在世界各国日益广泛，截止到2010年世界生1生物质层燃燃烧数值模型物质成型颗粒燃料的产量和消费量都已经超过了800［2］万t。我国是农业大国，生物质资源也非常丰富，每1．1燃烧模型［3］年的资源总量相当于6．5亿t标煤。因此，在我国生物质燃料本身的组成和结构的复杂性，使得

5、生发展生物质燃烧技术可以缓解温室效应，充分利用废物的燃烧反应过程变得复杂。生物质固体成型燃料弃生物质资源，且对现有的燃烧设备不需作较大改燃烧的反应步骤为:首先生物质含有的水分被蒸发;动，具有很大的经济意义。然后生物质被高温加热并发生热解;接着是反应产生生物质成型燃料的各种燃烧方式中，层燃燃烧是挥发分和焦炭;最后一步为和焦炭与氧化剂的非均相［5－6］比较常见的燃烧方式，对燃料的形状和尺寸要求相对反应和挥发分的气相反应。悬浮燃烧和流化床燃烧来说比较宽松，因此被广泛的1．1．1挥发分析出过程模型生物质固体成型燃料的挥发分解过程较为复杂，

6、收稿日期:2014－04－09按照数学模型中挥发分析出速率的不同，挥发分的析基金项目:北京科技新星项目(Z131105000413036);中国农业大学教［7］育基金会“大北农教育基金”项目(1071－2413003)出模型可分为3种:单步反应模型、两步竞争反应作者简介:赵欣(1992－)，女，河南驻马店人，硕士研究生，(E－模型和常速率反应模型。其中，两步竞争反应模型认mail)zhaoxinjinshi@126．com。为挥发分在低温与高温下析出性能是不同的，因此常通讯作者:张学敏(1975－)，男，呼和浩特人，副教授，硕士生

7、导师，(E－mail)xuemin_zh@cau．edu．cn。被选用来进行数值模拟。·234·2015年3月农机化研究第3期1．1．2挥发分燃烧模型丹麦早在1970年就将生物质作为主要能源进行由生物质的热解和非均相反应释放出来的气相产开发，到2002年已经生产了50台燃用木屑、75台燃物，在锅炉内部的高温作用下主要为气相燃烧，因此用秸秆和25台燃用生物质成型燃料的电站锅炉。［12］生物质燃料在锅炉内燃烧时主要受到化学反应动力ELSAM公司还出资改造了Bensen型锅炉，改造后学和湍流脉动的影响。目前，常用的挥发分燃烧模型的锅炉采

8、用两段式的方式进行加热，由4个并行的供［8］是统计分析法的混合分数—概率密度函数模型。料器同时供给锅炉物料;管道和炉膛内设置的纤维过1．1．3焦炭燃烧模型滤器可以减轻烟气中的有害成分腐蚀和磨损设备，这针对生物质颗粒的燃烧特性所建立的焦炭燃烧模种生物