制取高品位稻壳灰的流化床锅炉设计、运行与模拟

摘要

作为一种可再生能源，生物质以其低污染性、CO<,2>零排放等环境友好性特点引起了广泛关注；在众多生物质中，稻壳因产量丰富(我国年产量就达6千万吨)而备受关注。目前，稻壳的能源化与资源化综合利用程度很低，因此，本文研究将稻壳转化为清洁能源同时得到高品位灰这一综合利用途径。 依据流化床燃烧理论，结合浙江绍兴稻壳特点，本文完成了以制取高品位灰为目的的125kg/h稻壳燃烧流化床锅炉设计，设计要求制取的稻壳灰具有很高的工业利用价值，同时其燃烧过程所放的热量可以满足系统自身和企业的能量需要。主要的设计特点是：变截面炉体、分段送风、流化速度分段控制、沿炉膛的温度分布合理控制、灰在炉内的合理停留时间以及两级旋风分离器等。 在现有的燃煤流化床燃烧数学模型的基础上，本文建立了燃用生物质的流化床一维稳态数学模型。本模型着中讨论了挥发份分布子模型，分析了模型参数对燃烧的影响，预测了炉膛温度分布和烟气浓度排放，进而初步判断灰的品位。 设计的稻壳流化床锅炉已经进入了运行阶段。在运行时，考虑了温度、石英砂床料、流化风速、一二次配风比、停留时间、过量空气系数等参数与燃烧效率的相互影响，并从床底、两级旋风分离器、布袋除尘器等不同采样点收集了稻壳灰，对其进行了灰特性分析，并对二氧化硅含量和残炭量进行了测定。 运行与分析数据表明本文设计的125kg/h稻壳流化床锅炉达到了预期要求，获取的稻壳灰质量符合使用要求。具体的设计及运行参数如下：密相区炉径620mm，稀相区炉径920mm，床高6m，流化速度0.9m/s～1.4m/s，一二次配风比7：3，设计床温670℃～720℃。本文所作的工作为稻壳等生物质的高效综合利用提供了理论支持与技术储备。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及学位论文版权使用授权书

第一章绪论

1.1流化床燃烧技术

1.1.1流化床燃烧的起源

1.1.2流化床的基本概念

1.1.3流化床燃烧锅炉的特点

1.1.4国内外流化床燃烧技术的发展

1.2生物质资源及其利用

1.2.1我国的生物质资源

1.2.2国外开发利用现状

1.2.3国内开发利用现状

1.3稻壳的概述

1.3.1稻壳的理化特性

1.3.1稻壳的综合利用状况

1.4论文研究的内容及意义

1.4.1论文背景

1.4.2论文内容

1.4.3工作意义

第二章稻壳流化床锅炉的主体设计

2.1系统简介

2.2炉膛结构设计

2.2.1炉膛尺寸的确定

2.2.2炉膛的主要热力参数

2.2.3炉膛开孔

2.2.4布风装置的设计

2.3锅炉系统的配套装置

2.3.1螺旋给料机

2.3.2旋风分离器

2.3.3布袋除尘器

2.3.4送、引风机

2.4热平衡计算

2.4.1排烟热损失q2

2.4.2可燃气体未完全燃烧热损失q3

2.4.3固体未完全燃烧热损失q4

2.4.4散热损失q5

2.4.5灰渣物理热损失q6

2.4.6热力计算

第三章流化床锅炉的调试与运行

3.1冷态试验

3.1.1系统密闭性检查

3.1.2布风均匀性检查

3.1.3流化床动力特性试验

3.2系统操作步骤

3.2.1系统点火

3.2.2启动顺序

3.2.3系统停炉

3.3燃烧调节

3.3.1床温控制

3.3.2风量调节

3.3.3流化风速的控制

3.4运行调整及避免事故的措施

3.4.1运行调整

3.4.2事故预防措施

3.5运行时遇到的问题

3.5.1床料

3.5.2压力测试

第四章运行结果与分析

4.1影响因素

4.1.1石英砂床料

4.1.2流化风速

4.1.3一二次配风比

4.1.4过量空气系数

4.2测量结果

4.2.1炉膛内的温度分布（沿床高的温度分布）

4.2.2残碳量

4.2.3烟气成分分析

4.2.4燃烧效率

4.3经济效益分析

第五章数学模型的建立

5.1本文模型概述

5.2建立小室模型

5.2.1建模的基本原理

5.2.2小室模型简介

5.3流化床的主体模型

5.3.1气体组分质量平衡方程

5.3.2固相质量平衡方程

5.3.3小室整体能量平衡方程

5.4流化床子模型

5.4.1流动模型

5.4.2挥发份模型

5.4.3碳颗粒燃烧子模型

5.4.4CO2还原子模型

5.4.5CO燃烧子模型

5.4.6传热子模型

5.5流化床模型的结构及流程

5.6模型结果与实际对比

5.6.1温度分布曲线

5.6.2O2浓度分布曲线

5.6.3CO浓度分布曲线

5.6.4CO2浓度分布曲线

5.6.5对稻壳灰性能的预测

第六章灰样分析及用途

6.1稻壳灰分析

6.1.1机理研究

6.1.2C、Si含量分析

6.1.3X-射线图谱

6.1.4环境扫描透射电镜

6.1.5透射电镜TEM分析

6.2稻壳灰的综合利用

6.2.1建材行业

6.2.2工业方面

6.2.3食品行业

6.2.4环保方面

6.2.5电子领域

6.2.6农业方面

6.3灰渣资源化利用

第七章结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢