木质生物质理化特性下预测模型及燃烧产物研究

摘要

生物质被广泛认为是一种“CO2循环排放”的环境友好型可再生能源，其S，N含量较低，燃烧生物质还可在降低CO2排放的同时，减少常规化石燃料燃烧过程中硫氧化物和氮氧化物的排放。全世界每年农村生物质的产量约300亿吨，生物质能源占全世界能源消耗的14％，仅次于石油、煤炭及天然气。基于生物质是一种可再生的、相对环境友好的清洁能源，我国加大对生物质开发利用力度。
　　本文选取湛江生物质电厂的木质生物质进行理化特性分析，探讨木质生物质工业分析指标、元素分析指标和热值之间的相关性，构建工业分析、元素分析及热值间的预测模型，并对预测模型进行验证与评价。结果表明，灰分与碳、氢、氧和氮等元素分析指标具有一定的相关性和低位热值与灰分、挥发分、水分和固定碳等工业分析指标具有一定的相关性，基于相关性理论基础构建相应的预测模型，对构建的模型通过均值误差和相对误差进行验证和评价。
　　在理化特性研究基础上，通过TG-DTG-FTIR联用技术对燃烧产物进行分析。为了深入地理解生物质在燃烧过程中的燃烧产物的析出机理，以着火点、最大燃烧速率和燃尽温度等燃烧特性参数和燃烧特性指数和燃烧稳定特性指数等为理论基础研究，研究生物质在升温速率为10℃/min、30℃/min和60℃/min下的失重现象。结果表明，基于TG-DTG失重曲线，将生物质燃烧过程分成三个阶段，即:水分挥发阶段、挥发分析出阶段和炭化阶段，其中以挥发分析出阶段为主燃烧过程，然后在不同的升温速率下采用FTIR色谱技术进行挥发分产物析出监测，得出在不同燃烧阶段挥发分产物的组分，为后期的锅炉防腐蚀结渣提供一定的参考价值和依据。
　　通过本文对生物质的理化特性及挥发分产物的分析研究，为形成生物质基本性质分析的系统理论提供了一定的参考，使得生物质具有经济推广的价值，也有助于后期防腐结渣理论的研究。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 生物质的理化特性分析

1．3 生物质的燃烧特性研究

1．3．1 生物质燃烧原理

1．3．2 生物质燃烧动力学试验方法

1．3．3 生物质燃烧动力学模型进展

1．4 本文研究内容

1．5 本文技术路线图

第2章 木质生物质理化性质及燃烧特性理论研究

2．1 木质生物质理化性质分析理论概述

2．1．1 生物质工业分析指标

2．1．2 生物质元素分析指标

2．1．3 生物质的热值特性的分析

2．2 生物质理化性质间的相关性分析

2．2．1 灰分与元素分析指标间的线性相关分析

2．2．2 低位热值与工业分析指标的灰色关联度分析

2．3 回归预测模型的耦合及评价

2．3．1 灰分与元素间的主成分回归预测模型

2．3．2 低位热值与工业分析指标的BP神经网络回归预测模型

2．3．3 回归预测模型的验证与评价

2．4 生物质燃烧特性参数研究及动力学分析

2．4．1 生物质的燃烧特性参数

2．4．2 生物质的燃烧指数参数

2．4．3 生物质燃烧动力学理论研究

第3章 木质生物质理化性质的差异性结果与分析

3．1 木质生物质的灰分与元素分析指标间的结果与分析

3．1．1 灰分与元素分析指标的统计结果

3．1．2 灰分与元素分析指标的回归分析预测模型的设计

3．1．3 主成分回归分析预测模型的验证与评价

3．2 木质生物质低位热值与工业分析指标间的结果

3．2．1 低位热值与工业分析指标的统计结果

3．2．2 低位热值与工业分析指标的BP神经网络预测模型的设计

3．2．3 BP神经网络模型的验证与评价

3．3 本章小结

第4章 不同升温速率下木质生物质的燃烧特性研究

4．1 不同升温速率下桉树的燃烧特性结果与影响分析

4．1．1 不同升温速率对桉树燃料的挥发分析出特性的影响

4．1．2 不同升温速率对棱树燃料的燃烧特性参数的影响

4．2 基于不同动力学方法下桉树的燃烧动力学参数研究

4．2．1 C-R法求解燃烧动力学参数结果

4．2．2 F-C法求解燃烧动力学参数结果

4．2．3 F-W-O法求解燃烧动力学参数结果

4．2．4 C-R法、F-C法和F-W-O法分析结果比较

4．3 不同升温速率下桉树燃料的燃烧产物分析

4．3．1 基于不同温度下的燃烧产物FTIR谱图分析

4．3．2 基于不同时间下的燃烧产物FTIR谱图分析

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

在校攻读硕士期间参加的科研工作

致谢