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生物质成型燃料在回转窑内燃烧的数值模拟

作　者: 杨威
导　师: 朱兴元；陈云斌
学　校: 武汉理工大学
专　业: 材料工程
关键词: 生物质成型燃料回转窑燃烧数值模拟
分类号: TQ511
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

生物质能源是一种清洁高效的能源,在很大程度上解决了石油、天然气和煤等不可再生能源的逐渐枯竭和给环境带来的污染的问题。而我国是一个人口众多的农业大国,生物质能源在我国的分布极为广泛。尤其在广大的农村地区,生物质能源是主要的生活用能来源。随着生物质致密成型新技术和燃烧新技术的研究与发展,生物质成型燃料将越来越多的作为工业窑炉的燃料。随着对锅炉运行状况和环保等方面要求的增高,数值模拟的重要性将越来越大。目前国内对回转窑内煤粉燃烧的数值模拟做了大量工作,对生物质成型燃料燃烧的数值计算也开始了初步研究,并得出了一整套成熟的模拟煤粉颗粒热解燃烧的数学方法。然而目前我国对生物质成型燃料燃烧所进行的理论和应用研究很少,还未见对用生物质成型燃料取代煤粉作为回转窑燃料的相关报道,因此有必要开展这方面的研究。生物质成型新技术是生物质能源推广应用中的最经济可行的技术之一,符合国家的能源政策和环保政策,前景十分广阔,基于此原因,本文首先介绍了生物质原料的化学组成特点、生物质压缩成型的原理、工艺类型以及成型设备的开发,并对生物质成型燃料的特性、燃烧特性,着火燃烧过程和点火性能进行了分析；然后介绍了回转窑和燃烧器的发展趋势及工作原理,重点说明了燃烧器火焰形状、火焰温度对回转窑内熟料煅烧好坏的影响,以及回转窑内的热工计算。本文利用fluent软件,选用合理的湍流模型,辐射模型、挥发分析出模型、气相燃烧模型、焦炭燃烧等模型,对生物质成型燃料玉米秆在窑内的燃烧过程进行全面地数值计算,在不同的操作参数下(改变燃烧器内外风量比)对窑内温度场进行了比较,得出较优的操作参数；并与煤粉在该回转窑内的燃烧的模拟进行对比。为生物质成型燃料取代煤粉作为回转窑燃料的研究奠定一定的基础,达到节能环保的目的。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
第1章绪论  10-22
  1.1 生物质成型燃料的简介  10-11
  1.2 生物质原料成分及特性  11-12
    1.2.1 生物质的化学组成  11
    1.2.2 生物质的工业分析与元素分析  11-12
  1.3 生物质成型工艺和成型设备  12-15
    1.3.1 生物质致密成型原理  12-13
    1.3.2 生物质固化成型工艺  13-14
    1.3.3 生物质致密成型的设备  14-15
    1.3.4 生物质成型燃料的特性  15
  1.4 生物质成型燃料燃烧技术发展现状及趋势  15-17
    1.4.1 国外产业发展现状  16
    1.4.2 国内产业发展现状  16-17
  1.5 工业锅炉中燃烧的数值模拟及流体力学软件FLUENT简介  17-19
    1.5.1 生物质颗粒燃料在工业锅炉中燃烧的数值模拟  17-18
    1.5.2 流体力学软件fluent简介  18-19
  1.6 本文主要研究目的、内容及主要研究路线  19-22
    1.6.1 研究目的  19
    1.6.2 研究内容  19-20
    1.6.3 研究方法  20-22
第2章回转窑与燃烧器简介  22-34
  2.1 回转窑的发展及趋势  22-24
    2.1.1 回转窑结构及工作原理  22-23
    2.1.2 物料在回转窑内的运动方式  23
    2.1.3 物料在回转窑内煅烧过程  23-24
  2.2 回转窑煤粉燃烧器的发展  24-28
    2.2.1 火焰形状  27-28
    2.2.2 火焰温度  28
  2.3 回转窑内的热工的相关计算  28-33
  2.4 本章小结  33-34
第3章模拟对象的总体状态  34-37
  3.1 模型的形状与尺寸  34-35
  3.2 模拟工况  35-36
    3.2.1 冷态工况  35
    3.2.2 热态工况  35-36
  3.3 本章小结  36-37
第4章窑内冷态流场的数值模拟  37-53
  4.1 窑内气相流场的数学模型  37-41
    4.1.1 湍流模型概述  37-39
    4.1.2 本文所选的湍流模型  39-41
  4.2 边界条件  41-43
  4.3 流场数值计算方法  43-48
    4.3.1 网格的生成  44
    4.3.2 控制方程的离散化  44-46
    4.3.3 算法  46-48
  4.4 计算流程  48
  4.5 流场计算结果及分析  48-52
  4.6 本章小结  52-53
第5章生物质成型燃料燃烧的数值模拟  53-74
  5.1 燃烧简述  53
  5.2 生物质燃料的燃烧过程及燃烧特性  53-56
    5.2.1 点火过程  53-54
    5.2.2 生物质燃料的燃烧机理  54-55
    5.2.3 影响燃烧的速度的因素  55-56
  5.3 生物质成型燃料燃烧的物理模型  56-59
    5.3.1 组分模型  56-58
    5.3.2 辐射模型  58-59
  5.4 离散相模型  59-60
  5.5 挥发分析出模型  60-61
  5.6 碳颗粒燃烧模型  61-62
  5.7 流场计算结果及分析  62-68
  5.8 生物质成型燃料取代煤粉的可行性分析  68-73
  5.9 本章小结  73-74
第6章结论及展望  74-75
参考文献  75-78
致谢  78

生物质成型燃料在回转窑内燃烧的数值模拟

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