生物质热解焦油燃烧试验系统设计与试验

生物质热解焦油作为热解炭化或气化过程的副产物,难以去除且危害较大。通过对热解焦油的理化性质分析,发现其具有较高的热值,燃烧后可以为热解设备提供热源,实现能量的循环利用。针对热解焦油雾化效果差、直接燃烧不稳定等问题,设计了二次雾化喷嘴,并提出一种生物质热解焦油伴气燃烧的工艺;采用一定量的热解气作为助燃剂,为热解焦油燃烧提供稳定的火焰,设计了热解焦油燃烧试验系统。燃烧试验表明,该燃烧器的焦油燃烧量为20~55kg/h,达到设计要求。当雾化空气压力为0.6MPa、热解焦油压力为0.2~0.4MPa、热解气压力为0.3~0.5kPa时,燃烧器燃烧稳定,火焰明亮。通过烟气分析仪发现燃烧烟气中CO和NOx含量较高,表明在燃烧室中的一次燃烧并未达到理想的燃烧效果。     

生物质燃料脉动燃烧器的设计

将自激脉动燃烧技术应用于生物质燃烧,既能够提高生物质的燃烧效率,又能减少烟气污染物的排放量.针对生物质燃料与脉动燃烧设计中的问题,进行了有关生物质燃料脉动燃烧器设计的理论研究,分别对外形尺寸、炉膛结构、进料装置、炉箅子、清灰以及除渣装置等进行分析与设计.实验证明,所设计的燃烧器能够稳定与持续燃烧,炉膛温度保持在800～1 000℃之间,避免了高温结团和结渣的产生.     

基于ASPEN PLUS的烟气气氛下生物质气化模拟

基于ASPEN PLUS平台利用气固反应动力学,在生物质热解气燃烧所产生的烟气气氛下,建立生物质热解气化模型。通过AKTS热动力学软件分析了生物质在模拟烟气(80%N2、17%CO_2、3%O_2)气氛下热解气化的反应动力学,并对比模拟值和实验值,验证模型的可靠性;对影响热解气化特性的气氛进行分析并确定反应釜数量。结果表明:基于ASPEN PLUS平台进行生物质气化模拟性能良好。生物质热解气化过程中,动力学参数活化能和指前因子随着反应的进行而变化;与氮气和氧气气氛相比,烟气气氛有利于CO产生,产气热值比实验值提高1.3倍。     

内燃加热式生物质气化炉设

根据生物质气化原理,针对目前气化炉产气热值低和存在焦油的问题,设计了一种内燃加热式气化炉.内燃加热式气化炉优于已有的固定床气化炉、流化床气化炉;类似于下吸式固定床气化炉,热解气中焦油含量低;设置以热解气为燃料的内加热系统,减少了空气入炉量,提高了热解气热值.内燃加热式气化炉是将生物质气化与焦油的催化裂解集于一体,不需要再为催化裂解提供热源.     

生物质固定燃烧源烟气稀释采样装置设计与试验

针对现有的稀释通道多级采样装置存在稀释比小、停留时间短和便携性能差等问题,根据生物质成型燃料燃烧排放高温烟气中的大气颗粒物数量和质量分布特点,采用二级稀释、反馈调节和射流的原理,设计了生物质固定燃烧源烟气稀释采样装置。该装置由采样枪、一级稀释系统、二级稀释系统、洁净空气发生系统、撞击采样装置等部分组成。装置加工完成后,采用木质成型燃料开展颗粒物采样试验,试验结果表明,该装置能够模拟固定燃烧源排放烟气进入大气环境中的稀释冷凝过程,稀释比达30,停留时间90 s,试验采集得到8种不同粒径级别的大气颗粒物,其中粒径在0.4~1.1μm之间颗粒物占总采集颗粒物的55.5%~68.1%。研究发现采样装置对空气动力学直径在1.1μm以下的大气颗粒物有较好的采样效果。     

生物质燃烧烟气排放特性与污染物控制

生物质锅炉及颗粒燃烧器的烟气污染物排放已引起人们的重视。生物质燃烧产生的污染物主要有颗粒物、一氧化碳和氮氧化物等污染气体。综述了国内外关于生物质燃烧的烟气排放特性及影响因素，如不同生物质燃料种类及性能、进风系统和进料系统配置及参数等，着重介绍了进风系统中风量配比、过量空气系数、氧气浓度以及进气流速等因素对烟气污染物排放的影响，提出了生物质燃烧烟气排放特性和污染物控制研究中应注意的问题。      

生物质颗粒燃烧器的设计与性能测试

针对生物质颗粒燃烧器燃烧不充分及燃烧效率低等问题,设计了一款小型生物质颗粒燃烧器。该燃烧器换热量为0.5 t/h,进料量为20kg/h,并采用三次配风系统,设置7个配风口。本研究对小麦、玉米、水稻3种作物的秸秆制成的生物质颗粒燃料进行了锅炉换热试验。试验结果表明:小型生物质颗粒燃烧器采用的三级配风系统配风均匀分布,满足燃料的充分燃烧;3种颗粒燃料燃烧效率均在95%以上,最终的结渣率均不超过5%,燃烧产物达到环保标准。该设计为生物质颗粒燃烧器的应用与推广提供了理论依据。     

抗结渣生物质固体颗粒燃料燃烧器研究

针对我国秸秆类生物质颗粒燃料灰含量高、灰熔点低而导致燃烧过程中易结渣、燃烧器易熄火、燃烧不稳定等问题，采用多级配风原理，设计出高效双层燃烧筒装置，实现三级配风，同时研究了螺旋清灰破渣机构，并在此基础上研制了生物质颗粒燃料燃烧器。采用玉米秸秆颗粒燃料和落叶松木质颗粒燃料进行了燃烧试验，试验结果表明，本燃烧器的多级配风结构和破渣清灰机构设计合理，燃烧效率达到91%，能够有效地将燃烧过程中产生的灰渣排出，结渣率明显下降，实现了连续稳定燃烧。与瑞典PX-20型燃烧器相比，以玉米秸秆颗粒为燃料时，本燃烧器燃烧效率提高了9%、结渣率降低了25.94%，燃料适应性广。     

生物质热风炉燃烧器的数值模拟研究

根据生物质燃气的特点及燃烧稳定性的需求,对燃烧器进行了必要的结构设计。在对生物质热风炉进行试验的基础上,建立了相应的三维分析模型;湍流燃烧模拟采用标准κ-ε模型,通过求解动量方程和能量方程,模拟了生物质燃气的燃烧过程,得到了燃烧器的温度场、流场及生物质燃气各组分的质量分数等高线图,并通过试验验证了分析模型的正确性,为相关设备的设计、模拟、优化及应用提供了有价值的数据。     

压缩生物质颗粒旋流燃烧炉结构设计与数值模拟

针对目前生物质燃烧炉燃烧效果和设备成本的之间的矛盾,在压缩生物质颗粒燃烧炉的设计中引入旋流燃烧技术,设计了一种压缩生物质颗粒旋流燃烧炉,并采用Fluent软件对设计的压缩生物质颗粒旋流燃烧炉的性能进行了数值模拟。研究结果表明:设计的压缩生物质颗粒旋流燃烧炉的性能能够满足小型工业企业和家庭用户的需求,同时能够有效降低烟气中CO的含量,烟气中CO含量远远低于国家标准要求。研究结果对改进生物质燃烧炉结构、提高生物质燃烧炉性能等方面具有一定的意义。     

户用沼气采暖锅炉燃烧器的设计

沼气在北方农村已广泛应用于炊事,但冬季采暖主要还是以直接燃烧秸秆、薪柴等生物质燃料为主.沼气采暖锅炉的研究,可以解决高寒地区冬季农户炊事和采暖"两把火"的问题,改善农民千百年来形成的生活习惯.燃烧器设计的好坏是沼气采暖锅炉设计的关键所在.为此,针对黑龙江省农户住宅普遍采用的形式,计算并设计出适用于农户冬季沼气采暖锅炉用燃烧器的结构,主要包括燃烧器热负荷的计算,燃烧器喷孔、头部、引射器等部件结构尺寸的设计,为沼气采暖锅炉进一步试验研究提供了理论依据.     

秸秆生物质旋转床反应器热解载气试验

为研究旋转床反应器在不同载气条件下的秸秆生物质热解影响,在无载气、以尾气作为载气、以N2作为载气的情况下,进行了秸秆生物质在旋转床反应器中的热解反应。分别收集了生物炭、生物油以及合成气,进行了产量测算;对生物炭进行了热值与元素分析,对生物油进行了热值、含水率和元素分析;分析了合成〖JP2〗气有机物组成与含量。结果表明：通尾气能够减少生物炭产率,增加生物油产率,并且生物炭的热值、含碳量较高,分别为22.99MJ/kg、51.24%;生物油的含水率降低30.45%、有机物质量分数升高11.11%,但是生物油的热值下降,合成气中轻质有机物质量分数最高,为67.04%;尾气能够更加快速带走热解气或者参与热解的二次反应,生物质反应最充分,能够增加H的活性,减少水含量,但是无法去除氧元素,氧元素保留在生物油中;通N2能够减少生物炭产率,增加生物油产率,并且生物炭的热值较高,为22.28MJ/kg,含碳量较高,为55.86%,生物油的含水率和有机物含量变化不大,但是生物油的热值升高到12.25MJ/kg;合成气中轻质有机物质量分数最小,为64.07%;通N2能够减少热解二次反应的发生,热解气能够快速离开反应器。     

压燃式天然气发动机的技术现状及展望

综述了近几年国外在天然气压缩燃烧方面的研究成果，分别从燃烧系统组成、燃烧性能、优点、存在问题等方面对均质混合压缩燃烧和非均质混合压缩燃烧两种方式天然气发动机进行了分析，在此基础上展望了各种形式的压燃天然气发动机的应用前景。     

催化剂在花生壳热解制备富氢可燃气中的应用

在实验室自制固定床热解反应器中,选择生物质花生壳作为实验材料,研究并比较了过渡金属氧化物和非过渡金属氧化物作为催化剂时催化热解制备富氢可燃气的催化效果.结果表明:花生壳热解产气过程中,氢气产率与可燃气产量随热解温度变化的基本趋势不因催化剂或催化剂添加剂量的改变而改变;2%的MnO2(占入料质量的百分比)最有利于花生壳热解产氢;适量催化剂在花生壳催化热解制备富氢可燃气有效作用温度区间是500°～800℃.     

燃气流量对脉动燃烧运行频率的影响

利用Helmholtz型脉动燃烧器,进行了不同燃气流量条件下的脉动燃烧运行实验,在3组不同尾管长度条件下,运行频率都随燃气流量的增大而增大。探究了燃气流量对脉动燃烧频率的影响,根据理论值与实测值的差异,提出Helmholtz型脉动燃烧器频率计算的修正公式,并对修正后的公式进行检验,实验值与理论值吻合度较好。     

复合供气压燃式天然气发动机的燃烧过程

根据分层燃烧的理论,设计了分隔室复合供气式压燃天然气发动机。采用化学动力学与CFD耦合的方法,对该发动机在复合供气方式下的着火和燃烧机理进行了模拟计算。结果表明,复合供气模式下由于在主、副燃烧室中可形成较明显的温度分层和浓度分层,实现了分层燃烧方式,获得了较宽的运行范围,平均指示压力达到0.63MPa,比进气道供气模式约高50%。     

喷射持续期对大功率气体机影响规律分析

研究了大功率气体机采用进气道多点顺序喷射方式时,喷射持续期对缸内混合气形成及燃烧性能的影响规律。通过数值解析的方法研究了采用单管结构及双管结构进气对混合气形成过程的影响,在此基础上确定了采用双管结构喷射燃气。在发动机标定工况,保证其它条件一致的条件下,通过数值解析及燃烧测试分析的方法对比了5种不同喷射持续期对缸内混合气形成及循环变动率的影响规律。这5种喷射持续期的喷射起始时刻均为进气上止点后40°,此时排气门接近全关,不存在燃气直接进入排气管的情况;另外活塞运动速度快,进气具有较强的扰动能量,有助于促进燃气与空气的混合。数值解析及实验测试结果表明,对于研究用发动机在实验工况下,当喷射持续期从5 ms增加到10 ms时,由于能够充分利用进气扰动的能量改善混合气的形成,有效降低了循环变动率;随着喷射持续期的继续增加,当喷射持续期为12 ms或15 ms时,后期喷射的燃气由于此时进气流速降低无法进入缸内,部分燃气滞留进气道,减少了可燃混合气的燃气,形成的混合气偏稀,反而不利于缸内燃烧过程的进行。     

喷射器位置对天然气发动机燃烧特性的影响

以高压直喷天然气发动机为研究对象,借助计算流体仿真软件CONVERGE探究高负荷下喷射器布置对缸内燃烧及排放特性的影响。每种燃料(柴油和天然气)分别通过2个独立喷射器实现缸内高压直喷,设计了中心对称和左右对称两种布局方式,并基于每种布置开展喷射器距离对发动机性能的影响研究。结果表明:喷射器距离影响柴油火核与射流区的相对位置,进而影响对天然气的引燃效果。两种布置方案下燃料分布差异大,随着喷射器距离增大,左右对称布置下富燃现象得到改善,中心对称布置下更多燃料分布在近壁处,火焰传播速度减慢;采用中心对称布置,燃烧持续期缩短,指示平均有效压力和缸内峰值压力提高,燃烧重心CA50提前,soot排放减少而NOx排放增加。     

油茶果壳连续热解挥发物多级冷凝生物油燃烧特性

通过自主设计多级冷凝器对油茶果壳在500℃热解挥发物冷凝获得的生物油进行燃烧特性实验研究,实现了在冷凝过程中对生物油的粗分离,各级生物油的含水率得到了明显的降低,且热值显著提高。通过热重实验对生物油进行燃烧过程和燃烧特性分析可知:生物油的燃烧共分为4个阶段:第1阶段为生物油水分和低沸点组分的蒸发;第2阶段为中质组分的蒸发;第3阶段为重质组分的裂解反应,生成焦炭和气体;第4阶段为焦炭剧烈燃烧。第1级和第3级收集到的生物油可燃性能、燃尽性能和综合燃烧性能比较好,第2级生物油的3个性能最差。