秸秆捆烧特性研究及除尘系统设计

摘要

由于化石能源短缺的情况逐渐严重，生物质秸秆的燃烧利用开始受到人们的广泛关注。生物质能源是地球上唯一可再生的清洁能源，因其具有挥发分比重大、炭活性强、燃烧后排放物对环境危害小等的特点，非常适宜于大量的开发和转化利用，是一种对环境友好型的燃料。然而，随着我国国民经济的发展，我国广大农村地区的能源结构也发生了巨大的变化，大量的秸秆被遗弃或就地焚烧在田间地头，造成了严重的资源浪费和环境污染。目前，我国秸秆的利用方式主要包括直接燃烧、热解、发酵等方式，秸秆燃烧利用方式主要有悬浮燃烧、传统散烧、打捆燃烧、致密成型燃烧四种燃烧方式。但在这四种燃烧方式中，传统散烧燃烧效率低，悬浮燃烧飞灰严重，秸秆不易运储，成型燃烧耗能高，而秸秆打捆燃烧方式综合了以上三种燃烧方式的优点，打捆燃料增加了秸秆类生物质的密度，便于运输和储存，同时，打捆方式相较于压缩成型方式，耗能较少，因此，打捆燃烧是未来最具发展前景的燃烧方式。
　　本论文主要从以下三个方面开展了研究工作:
　　(1)捆烧燃烧特性实验和灰特性实验:论文采用TG-DTG联用技术对常见的玉米秸秆散烧、打捆、成型三种燃烧方式进行了热重实验分析，通过对实验数据进行计算和作图，得到了三种燃烧方式下的燃烧特性指数，并做出对比，找出捆烧与其他两种燃烧方式的不同。实验结果表明:捆烧和散烧、成型燃烧一样，都要经历水分蒸发、挥发分的析出以及固定碳的燃烧和燃尽三个阶段;由于打捆燃料具有独特的尺寸结构，不利于燃料内部进行传热传质，其挥发分的析出峰值时间晚于其他燃烧方式，捆烧挥发分析出特性Rv为0.3250×10-3·K-2·min-1远远低于散烧和成型燃烧方式;打捆燃料内部的挥发分不易析出，析出过程较为平稳，并维持较长时间;在固定碳的燃烧阶段，打捆燃料失重存在更为显著的峰值点;论文自主设计了捆烧实验台，通过捆烧实验台模拟打捆燃料的实际燃烧过程，对热重实验结果进行了实验验证，实验结果表明两者具有相似性。
　　论文还对秸秆捆烧燃料的灰分进行了一系列灰特性实验，得出了捆烧灰分的各项灰特性参数:捆烧灰分浸润性平均值为10.21mm/min，＞8.0，具有良好的浸润性，为亲水性物质;捆烧灰分吸湿性24小时的实验平均值为6.315％，48小时实验的平均值为7.147％，捆烧灰分为高吸湿性的粉尘颗粒;捆烧灰分的比电阻平均值为1.953×106Ω.cm，接近低比电阻范围。灰特性实验明确了捆烧灰分的物化特性，对以后的捆烧设备除尘设计具有一定的指导意义。
　　(2)捆烧设备除尘设计:论文将打捆燃料的燃烧特性与捆烧锅炉供风系统设计相结合，采用分段式供风，提出了一种新型锅炉供风系统设计思路。同时，还根据秸秆打捆燃料的尺寸结构特点，对捆烧锅炉进行结构选型，并对锅炉整体进行了设计计算。文中还根据捆烧灰分的灰特性指数选取了最适宜的除尘器——水膜除尘器和静电除尘器，两级除尘方式。使捆烧锅炉在清洁高效燃烧的同时，烟气能达到国家排放标准。
　　(3)捆烧设备实验验证:论文最后对课题组所设计的拥烧锅炉进行了实验验证，实验结果表明:捆烧锅炉排放烟气中烟尘含量平均为27mg·m-3左右，低于国家排放标准50mg·m-3。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 能源利用现状

1．2 全球生物质能利用状况

1．2．2 生物质捆烧技术

1．3 课题研究背景

1．3．1 课题研究目的

1．3．2 课题研究意义

1．4 高温烟气除尘研究现状

1．5 研究内容和技术路线

1．5．1 研究内容

1．5．2 技术路线

2 生物质打捆燃料燃烧特性

2．1 生物质秸秆的物理、化学特点

2．1．1 生物质秸秆的组成结构

2．1．2 生物质秸秆化学分析

2．2 生物质秸秆打捆技术

2．2．1 生物质秸秆收集和储运

2．2．2 生物质秸秆打捆技术

2．3 捆烧热重实验

2．3．1 捆烧实验方法与仪器

2．3．2 打捆燃料燃烧特性指数

2．3．3 捆烧与散烧和成型燃烧相对比

2．4 捆烧实验台实验验证

2．4．1 捆烧实验台设计

2．4．2 捆烧实验台实验

3 生物质秸秆捆烧灰特性

3．1 生物质秸秆捆烧灰的形成机理

3．2 捆烧灰特性实验

3．2．1 捆烧灰分的密度实验

3．2．2 捆烧灰分的吸湿性实验

3．2．3 捆烧灰分的浸润性实验

3．2．4 捆烧飞灰的粘附性实验

3．2．5 捆烧飞灰的比电阻实验

3．3 秸秆捆烧灰分的化学成分分析

4 捆烧锅炉除尘系统设计

4．1 捆烧锅炉整体设计

4．1．1 捆烧锅炉选型

4．1．2 捆烧锅炉参数的选取

4．1．3 捆烧锅炉整体结构

4．2 除尘器的选型设计

4．2．1 静电除尘器选型设计

4．3 捆烧锅炉除尘系统设计

4．3．1 捆烧锅炉炉膛结构设计对除尘的影响

4．3．2 供风方式的选取

4．3．3 供风系统有关计算

4．3．4 烟道阻力计算

4．3．5 风道阻力计算

4．3．6 供风系统除尘的特点和创新性

4．4 秸秆捆烧锅炉运行实验

4．4．1 实验仪器及实验材料

4．4．2 实验结果

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

附录