生物质成型燃料热水锅炉的改进设计与试验.doc

为了能够把生物质专用燃烧设备推向市场，实现其商品化生产，本研究从分析第一代生物质成型燃料热水锅炉的设计依据出发，针对第一代生物质成型燃料热水锅炉存在的炉膛温度高、排烟温度高等一些问题，进行了改进设计，并制造出一台42kw燃用生物质成型燃料的热水锅炉。在4种工况下对其进行热性能试验，各项热性能指标达到设计要求，弥补了第一代存在的不足，其中燃烧效率最高达94.84，热效率最高达80.81。与第一代生物质成型燃料热水锅炉相比，各项热损失、热效率和燃烧效率有着相似的变化规律，但其大小有着不同程度的改变： (1) 改进后的锅炉散热损失有了明显降低。改进前4个工况下散热损失在7.6433.28变化，改进后4个工况下散热损失在1.1110.32变化，改进后散热损失比改进前降低了6.5322.96个百分点； (2) 改进后的锅炉排烟热损失有了明显降低。改进前4个工况下排烟热损失在10.6533.18变化，改进后4个工况下排烟热损失在3.0716.11变化，改进后排烟热损失比改进前降低了7.5817.07个百分点； (3) 改进后的锅炉热效率有了一.生物质成型燃料热水锅炉的改进设计与试验中文摘要7-81 概述8-111.1 研究背景81.2 生物质成型燃料燃烧设备的国内外研究状况8-91.2.1 国外研究状况8-91.2.2 国内研究状况91.3 本课题的研究目的和主要内容9-112 生物质成型燃料燃烧特性及燃烧计算11-182.1 生物质成型燃料与煤的比较11-142.1.1 生物质成型燃料与煤的元素比较11-132.1.2 生物质成型燃料与煤的结构比较13-142.1.3 生物质成型燃料与煤的燃烧特性比较142.2 生物质成型燃料燃烧计算14-162.2.1 生物质成型燃料的参数选取152.2.2 生物质成型燃料燃烧的理论空气量及理论烟气量15-162.2.3 生物质成型燃料空气焓和烟气焓的计算162.3 小结16-183 生物质成型燃料热水锅炉的改进设计18-313.1 采暖热负荷的计算18-213.1.1 温室的参数183.1.2 温室采暖热负荷的计算18-213.1.2.1 温室热平衡的计算18-193.1.2.2 温室围护结构传热量的计算19-203.1.2.3 温室地面传热热损失的计算20-213.1.2.4 温室冷风渗透热损失的计算213.1.2.5 温室采暖热负荷的计算213.2 生物质成型燃料热水锅炉本体改进设计21-233.3 生物质成型燃料热水锅炉炉膛及炉排的改进设计23-253.4 生物质成型燃料热水锅炉辐射受热面改进设计25-263.5 生物质成型燃料热水锅炉对流受热面改进设计26-273.6 风机的选型27-293.7 电路及控制部分的设计29-303.7.1 电路部分的设计293.7.2 控制部分的设计29-303.8 小结30-314 改进后生物质成型燃料热水锅炉的热性能试验31-384.1 试验目的314.2 试验依据314.3 试验仪器314.4 试验内容及结果分析31-374.4.1 正平衡试验结果比较31-324.4.2 反平衡试验结果比较32-334.4.3 试验结果分析33-374.4.3.1 锅炉改进前后过剩空气系数与烟气关系的比较33-344.4.3.2 锅炉改进前后过剩空气系数与各项热损失关系的比较34-374.7 小结37-385 生物质成型燃料热水锅炉冷态模拟38-445.1 FLUENT简介385.2 问题的描述385.3 网格的划分38-395.4 模型的选择39-405.5 离散化方法405.6 模型求解结果及分析40-435.6.1 炉膛内空气速度分布的模拟结果40-415.6.2 炉膛内空气压力分布的模拟结果41-425.6.3 炉膛内空气湍动能和湍动能耗散率分析42-435.7 小结43-446 结论及建议44-466.1 结论446.2 建议44-46参考文献46-49英文摘要49-50我国农村秸秆成型燃料规模化技术研究摘要9-11第一篇 秸秆成型燃料规模化生产技术综述11-28第一章 绪论12-171 研究背景12-132 国内外成型燃料规模化技术研究进展13-143 秸秆成型燃料规模化技术应用前景14-154 研究目的和意义15-165 研究方法和内容16-17第二章 以秸秆成型燃料为中心的能源系统循环经济分析17-281 循环经济的概念172 秸秆成型燃料技术综合评价与设备选择17-222.1 模糊评判法及Weaver-Thomas模型的构建18-192.2 秸秆成型燃料主导技术的确定19-223 HPB-型秸秆成型燃料生产系统224 秸秆成型燃料供能系统的循环经济分析22-264.1 燃烧秸秆成型燃料CO_2的循环流动23-244.2 应用秸秆成型燃料的系统能量流动分析24-254.3 秸秆成型燃料的环境和经济效益分析25-265 本章小结26-28第二篇 影响秸秆成型燃料规模化生产的关键技术研究28-70第一章 秸秆资源的收集与预处理29-331 秸秆资源的收集29-321.1 秸秆收集的障碍分析29-301.2 秸秆原料的规模化储备30-311.3 秸秆原料预处理311.4 秸秆原料的粉碎31-322 秸秆成型燃料生产原料的供应323 本章小结32-33第二章 松弛密度对秸秆成型燃料规模化生产的影响33-411 秸秆化学成分及成型机理分析33-342 秸秆成型燃料的松弛密度342.1 松弛密度和松弛比342.2 松弛密度的测定343 原料粉碎粒度和含水率对秸秆成型燃料松弛密度的影响34-373.1 实验材料及设备353.2 实验方法与内容35-363.3 实验结果分析36-373.3.1 原料含水率对松弛密度的影响363.3.2 原料粉碎粒度对松弛密度的影响36-374 讨论37-405 本章小结40-41第三章 秸秆成型燃料的储运性能对规模化技术的影响41-521 秸秆成型燃料耐久性的概念41-422 实验42-432.1 实验目的422.2 实验材料准备42-432.3 实验方法与过程433 实验结果分析43-513.1 原料粉碎粒度及成型直径对秸秆成型燃料抗跌碎性和抗渗水性的影响43-483.2 原料的含水率及成型直径对秸秆成型燃料抗跌碎性和抗渗水性的影响48-514 本章小结51-52第四章 秸秆成型燃料的燃烧性能对规模化应用的影响52-581 实验目的522 实验仪器523 实验材料和方法524 实验结果分析52-574.1 秸秆成型燃料的点火性能52-534.2 秸秆成型燃料的燃烧过程53-544.3 秸秆成型燃料的燃烧与封火特性分析54-564.4 秸秆成型燃料燃烧过程焦油的影响与控制56-575 本章小结57-58第五章 秸秆成型燃料的规模化经营措施58-651 我国农村对秸秆成型燃料的市场需求58-602 秸秆成型燃料规模化经营障碍60-622.1 农村发展秸秆成型燃料的资金和价格障碍602.2 农村发展秸秆成型燃料的管理障碍60-612.3 农村发展秸秆成型燃料的政策障碍612.4 农村发展秸秆成型燃料的信息传播障碍61-623 秸秆成型燃料规模化经营对策62-643.1 非市场化管理方法与生产规模的确定62-633.2 积极的政策环境63-644 本章小结64-65第六章 秸秆成型燃料的价格方案65-701 影响秸秆成型燃料价格的因素65-662 秸秆成型燃料的价格补贴66-692.1 秸秆成型燃料的价格补贴折算方法66-672.2 秸秆成型燃料的价格补贴核算67-693 本章小结69-70第三篇 秸秆成型燃料农村综合试点示范及结论70-84第一章 秸秆成型燃料规模化技术示范案例71-821 案例介绍71-742 典型案例的基本信息743 秸秆成型燃料的生产与应用74-783.1 生产成本分析74-773.2 纠庄经营模式77-784 秸秆成型燃料对纠庄能源结构和生态环境的影响78-805 本章小结80-82第二章 结论与建议82-841 结论82-832 建议83-84参考文献84-90英文摘要90-92在读博士期间主要研究工作和发表论文92我国农作物秸秆资源非常丰富,每年秸秆量超过6亿t,有3.5亿t可以作为能源使用,是清洁的可再生能源。但是,由于秸秆燃烧方法与利用途径单一、陈旧,秸秆能源燃烧效率低,甚至部分粮食主产区出现秸秆就地焚烧现象,造成秸秆资源浪费,加重化石燃料利用带来的污染。为此,生物质能转换技术的研究受到各方面的高度重视,其中秸秆固化成型燃料(STRAW DENSIFICATION BRIQUETTING FUEL,以下称SDBF)技术可将农村松散秸秆压缩成高密度的、可替代煤的优质燃料,SDBF的规模化应用对于改善农村生活质量、保护农业生态环境、增加农民收入和促进农业可持续发展具有重要的现实意义。随着SDBF技术研究的深入,已受到人们越来越多的关注。能否使其成为农村能源的升级产品,关键在于SDBF规模化技术的解决程度。 本课题是国家科技部农业科技成果转化资金项目“秸秆生物质压块成型燃料生产线设备的组装配套与中试转化”(02EFN214100397)及河南省科技攻关项目“秸秆生物质成型关键技术及配套设备产业化研究”(0124110304)项目的部分研究内容,同时得到国家科技部“十五”科技攻关项目“生物质成型关键技术及配套设.【英文摘要】There are abundant resources of crop residues in China. It was estimated that the amount of crop residues is 6108 tons annually. Thereinto, there are 3.5 X 108 tons crop residues can be burned as fuel in Chinas rural areas annually. Biomass is clean renewable energy. However the efficiency of straw combustion is very low because ways and means of straw combustion are simple and dated. A majority of them are burned on the spot and results in serious environment polluted and biomass resources wasted in Chi.国具有丰富的农作物秸秆资源，但由于没有合理处理，造成很大的资源浪费以及环保问题，如荒烧等。农作物秸秆具有量大、污染少和可再生性等优点，秸秆可压缩成型，制成燃料块。同时，在中国很多地区农村粮食的干燥主要靠太阳晒，占用很多场地，这些都受自然条件限制，据统计中国由于粮食没有及时干燥而损失高达5，所以本课题就是据此提出。设计出燃烧秸秆成型燃料的热风炉，并测试其性能，该热风炉热效率达49.5，说明炉膛结构设计合理，该热风炉制造工艺简单，使用方便。设计出与该热风炉配套的烘干箱，并进行了干燥试验，试验证明该热风干燥系统是适合进行干燥试验的，符合玉米的干燥特性。根据对玉米、大豆、花生三种物料不同初含水率干燥动力学试验进行分析，在不同温度和热风速度下，画出干燥曲线，影响干燥速度和干燥质量最显著的因素是风温，风速是次要因素。选出了用于玉米薄层干燥的模型：指数模型、单项扩散模型和Page模型。确定了三个可用于描述玉米薄层干燥的模型方程，确定模型的参数。通过对实测数据的拟合比较，并且对回归方程进行显著性检验得到，单项扩散模型拟合效果最好，但Page方程模拟效果较好，尤其对降速干燥阶段。由于这些被干燥物品具有热敏性，对干燥后品质.生物质成型燃料热风干燥系统设计与干燥动力学试验研究致谢4-8摘要8-91.概述9-121.1 丰富的生物质资源91.2 生物质成型技术在国内外发展9-101.3 干燥技术101.4 研究目的意义10-111.5 研究内容与方法11-122.热风炉设计及热风干燥技术12-202.1 热风炉分类122.2 热风炉的技术参数评价指标12-132.2.1 温度参数12-132.2.2 热风炉的风量和供量132.2.3 热风炉的热工指标132.3 热风炉设计和应用中存在的问题13-142.4 生物质成型燃料热风炉14-172.4.1 生物质成型燃料燃142.4.2 燃烧形式及燃烧计算14-152.4.3 燃烧时空气理论量空气过量系数15-162.4.4 炉排面积及炉膛16-172.5 传热系统的设计与计算17-202.5.1 热风炉的换热面积172.5.2 热风炉的供热能力17-182.5.3 辐射换热面的设计与计算182.5.4 对流换热面的设计与计算18-202.6 炉体整体结构202.7 试验结果分析202.7.1 实验仪器和方法202.7.2 实验结果202.8 本章小结203.热风干燥系统设计20-253.1 干燥原理20-223.1.1 表面汽化控制213.1.2 内部扩散控制21-223.2 热风干燥系统设计22-233.2.1 试验装置22-233.2.2 试验部件的调整与控制233.2.2.1 温度的调节与控制233.2.2.2 热风量和风机233.3 数据测试与数据指标23-243.3.1 水分233.3.2 初含水率的测试23-243.4 试验仪器243.5 热风炉热性能和干燥能力计算24-253.6 本章小结254.干燥动力学试验25-404.1 干燥特性试验26-324.1.