生物质气化及其燃气燃烧试验研究与分析

论文摘要

生物质气化机组是生物质气化集中供气技术系统的关键设备。在分析各炉型的气化特点基础上,选取最适合村级气化用的下吸式固定床作为气化炉设计方案;根据燃烧学、传热学、流体力学等原理,进行了生物质气化炉的研究与设计,同时对气化炉进行原料适应性、空气量变化以及气化效率等方面实验研究,结果表明气化炉适应性较好,气化效率高,燃气焦油含量低,燃气品质好。大功率生物质燃气燃烧装置开发滞后制约了气化集中供暖技术的应用。根据燃气互换性理论,对生物质燃气与天然气的互换性进行了分析,结果表明二者不能互换,因而有必要进行新的燃烧器开发。根据生物质燃气特点及燃烧稳定性需求,选取可燃用低压燃气、对气体性质适应性强的低压引射大气式燃烧器作为设计方案,进行了主体结构设计。对设计完成的燃烧器进行了数值模拟与实验研究。借助FLUENT软件平台,分析了燃烧器主体的工作状态。燃烧模拟的结果表明,生物质燃气的燃烧温度为1000℃左右,火道具有明显的稳焰作用,NOx产物含量极低。冷态实验从一次空气系数、压力变化以及流体流量等方面来考察设计的合理性,结果表明燃烧器各部分结构设计是合理的,与模拟值吻合较好。热态实验从工作状况、燃烧效率和NOx生成量等方面对燃烧器进行分析,结果表明燃烧器工作状况良好,在没有二次配风情况下燃烧效率略低,NOx生成量达到美国排放标准。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 生物质能概述
• 1.1.1 生物质能特点
• 1.1.2 能源结构
• 1.1.3 生物质能分布
• 1.2 生物质气化技术进展与应用现状
• 1.2.1 生物质气化技术进展
• 1.2.2 生物质气化技术应用
• 1.3 生物质燃气燃烧装置
• 1.4 课题研究背景与内容
• 1.4.1 研究背景
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 生物质气化炉设计
• 2.1 生物质气化炉类型
• 2.2 生物质气化炉设计
• 2.2.1 方案确定
• 2.2.2 结构设计与计算
• 2.2.3 净化系统简介
• 2.3 生物质气化炉实验研究
• 2.3.1 试验方法
• 2.3.2 物料适应性实验
• 2.3.3 气化效率的测定
• 2.3.4 空气流量的影响
• 2.4 气化机组鉴定
• 2.5 本章小结
• 第三章 集中供暖用燃烧器设计
• 3.1 生物质燃气特性
• 3.1.1 物理特性
• 3.1.2 燃烧特性
• 3.2 燃气互换性分析
• 3.2.1 Webbio index 法
• 3.2.2 AGA 法
• 3.3 燃烧器分类及设计方案确定
• 3.3.1 燃烧器分类
• 3.3.2 设计方案确定
• 3.4 燃烧器设计计算
• 3.4.1 低压引射大气式燃烧器构造及工作原理
• 3.4.2 主体结构设计与计算
• 3.4.3 设计计算的理论检验
• 3.5 本章小结
• 第四章 燃烧器的CFD 模拟
• 4.1 计算流体力学（CFD）及FLUENT 软件介绍
• 4.1.1 计算流体力学（CFD）简介
• 4.1.2 FLUENT 简介
• 4.2 数值建模
• 4.3 引射器模拟
• 4.3.1 建模及网格划分
• 4.3.2 数值计算
• 4.3.3 结果分析
• 4.4 燃烧模拟
• 4.4.1 建模及网格划分
• 4.4.2 数值计算
• 4.4.3 结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 燃烧器实验研究
• 5.1 冷态实验
• 5.1.1 喷嘴特性研究
• 5.1.2 引射器调节特性
• 5.2 冷态实验与模拟比较分析
• 5.3 热态实验
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 课题总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢