流态化生物质燃烧的研究.docVIP

流态化生物质燃烧的研究 摘 要 能源是人类社会发展的基础，能源结构的重大变革导致了人类社会的巨大进步，国民生产总值的增长始终与能源消费同步增长。石油将在21世纪枯竭，新的能源结构将在新的世纪中形成，多种能源并存的能源体系将成为新世纪能源结构的特征，生物质能源将成为21世纪的重要能源之一。生物质直燃发电技术，作为一种生物质能的利用方式，具有工艺环节少，经济效益突出的优点，是我国利用生物质能的一条有效途径。循环流化床燃烧方式具有燃料适应性广，燃烧温度低，燃烧效率高，负荷调节性能好等独特的优点，适于燃烧生物质燃料，特别是高碱的秸秆类生物质燃料。由于生物质形状和物理性质的特殊性，和常规化石燃料相比，生物质在循环流化床内的流动特异性强，会显著影响炉膛内的燃烧情况，通过冷态实验对循环流化床内生物质与床料的流化特性，混合分离特性以及颗粒浓度分布特性的深入研究，将对指导工程实践有很大的意义。在炉内冷态研究的基础上进行热态实验可以进一步了解生物质在炉内的燃烧特性，从而优化循环流化床燃烧生物质燃料的燃烧组织，提高燃烧效率。 为了对生物质在流化床内的流化特性，混合分离特性以及颗粒浓度分布特性加深认识，在自行搭建的冷态循环流化床试验台上，考察了不同因素对床内流化特性的影响，包括：生物质颗粒与床料的配比，生物质颗粒与床料颗粒的粒径和形状以及起流化过程中时间的影响等。通过实验研究发现，在相同的工况下，当床内出现气泡，生物质颗粒有向上运动的趋势时，除稻壳以外，气泡的向上运动可以改变床内生物质质量份额的分布。实验显示当生物质颗粒与床料颗粒的大小相差很大时，两种颗粒的质量比对床内的临界流化特性影响显著，而当两种颗粒大小相近时，影响较小。不同形状的颗粒与河砂混合时，具有可容纳河砂颗粒结构的稻壳对床层的临界流化特性影响较大。从颗粒分布看，在鼓泡状态下运行时，生物质与河砂的混合物呈现出明显的分层现象，生物质在炉膛高度上分布不均匀，几乎都集中在上部。在循环流化床状态下运行时，生物质颗粒在炉膛高度上分布相对均匀，但是混合物颗粒浓度整体上还是沿床高方向减小，生物质颗粒浓度在床内随高度的上升也呈现出逐渐减小的趋势。 1绪论 1．1引言 21世纪是发展的世纪，在人们享受发展带来的诸多优势的同时，我们也面临着能源与环境给我们带来的双重压力，如何解决这两个问题成为各国关注的焦点。能源是人类社会发展的基础，纵观人类几千年的文明史，能源结构的重大变革导致了人类社会的巨大进步，国民生产总值的增长始终与能源消费同步。石油将在2l世纪枯竭，新的能源结构将在新的世纪中形成n’21，多种能源并存的能源体系将成为新世纪能源结构的特征，生物质能源极有可能成为21世纪的主要能源之一。从上世纪70年代开始，人们对石油、煤炭、天然气的贮量和可开采时限作过种种的估算与推侧，几乎都得出一致结论：21世纪化石燃料中有的将被开采殆尽，有的因开采成本高以及开发使用导致的一系列环境问题而失去开采价值。地质学家早已明确指出：石油耗竭之日已为期不远了。现在，尽管地质学家和经济学家们在激烈地争论石油开始匮乏的时间，但无论如何，化石燃料终将耗尽却是无可争辩的事实，如表1一l口’41所示。另一方面，大量燃烧煤、石油和天然气等化石燃料所排放的有害物质使大气环境受到严重污染。应该未雨绸缪尽最大的努力开发可利用的清洁替代能源，解决能源匮乏及环境的危机。 表1-1非可再生能源占全球能耗比例与可用年限 能源种类 占全球能耗的比例(％) 可用年限(年) 煤 25 220 化石能源 石油 32 74 40 天然气 17 60 核能(裂变) 4 260 总和 78 580 中国的能源形势面临着严峻挑战瞄1，人均一次能源极其有限。从能源利用的可行性分析，到2050年，非常乐观地估计，每年总共也只有30亿tce。这一分析表明，到下个世纪中叶，我国人均一次性能源占有量仅为2tce左右，仅比1995年增加一倍，显而易见下个世纪我国能源形势十分严峻。从能源弹性系数来看，通常的能源弹性系数为l左右，即国民生产总值的增长与能源消费是同步增长的，要实现我国在下个世纪中叶达到中等发达国家的水平，能源自然成了我国国 民经济发展的瓶颈因素。大力发展可再生能源被广泛认为是解决能源匮乏和环境问题的最可行的方法，而在可发展的可再生能源种类中，生物质能无疑占据了很重要的位置，它可以方便地转化成常规的固态、液态和气态燃料以及其它化工原料或者产品。生物质能在世界能源消耗中占有一定的比例，仅次于煤、石油和天然气。随着人们对能源与环境的高度重视，高效、清洁的燃烧方式越来越受到人们的关注。生物质