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燃用生物质粮食烘干热风炉优化设计及实验研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 引言

1.1.1 中国能源形势

1.1.2 可再生能源利用现状

1.2 生物质燃料介绍及发展概况

1.2.1 生物质简介

1.2.2 我国生物质现状

1.2.3 生物质利用技术概况

1.2.4 生物质燃料技术概括

1.3 生物质成型燃料国内外研究现状

1.4 粮食烘干热风炉国内外研究现状

1.5 本文的主要研究内容及路线

第二章 生物质三组分与成型秸秆燃烧特性及反应动力学研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验样品

2.2.2 实验装置及方案

2.3 结果与讨论

2.3.1 热重曲线分析

2.3.2 燃烧特性分析

2.4 燃烧化学反应动力学

2.5 本章小结

第三章 生物质成型颗粒燃烧特性及反应动力学

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验样品

3.2.2 实验装置及方案

3.3 结果与分析

3.3.1 不同成型密度对玉米秸秆燃烧特性的影响

3.3.2 不同温度下对玉米秸秆成型颗粒燃烧特性的影响

3.3.3 不同种类成型颗粒燃烧特性的影响

3.4 燃烧指标及动力学分析

3.4.1 燃尽率及燃尽时间

3.4.2 反应机理函数G(α)的拟合

3.4.3 化学动力学模型

3.4.4 化学反应级数及反应动力学参数的求解

3.5 本章小结

第四章 粮食烘干用热风炉设计优化

4.1 引言

4.2 热风炉的原理和组成

4.2.1 热风炉原理

4.2.2 热风炉的组成

4.3 热风炉的分类

4.3.1 直接加热热风炉

4.3.2 间接加热热风炉

4.3.3 电加热式热风炉

4.4 热风炉的设计

4.4.1 燃料消耗量

4.4.2 炉排、炉膛及其设计计算

4.5 现有粮食烘干热风炉出现的问题及优化

4.6 本章小结

第五章 粮食烘干用热风炉性能试验

5.1 引言

5.2 测量仪表

5.3 实验准备及要求

5.3.1 实验准备

5.3.2 实验要求

5.4 粮食烘干热风炉热效率试验与计算(正平衡法)

5.4.1 气密性检测

5.4.2 输出热风换热量测定与计算

5.4.3 热效率测定与计算

5.4.4 重复实验

5.5 粮食烘干热风炉热效率试验实验报告

5.6 粮食烘干热风炉的炉膛温度分布试验

5.7 粮食烘干热风炉换热器温度分布试验

5.7.1 实验目的

5.7.2 实验过程

5.7.3 实验结果分析

5.8 热风炉在实验条件下的尾气排放

5.8.1 实验目的

5.8.2 实验过程

5.8.3 实验结果分析

5.9 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 全文总结

6.2 不足与展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况

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摘要

生物质能是一种可再生能源,燃烧是直接利用生物质能源的有效途径。寻找一种燃烧设备对生物质能进行充分的利用,对有效解决当今的能源、环境问题至关重要。  本文对生物质燃料的燃烧反应动力学和粮食烘干热风炉结构进行实验研究。通过对生物质三组分及生物质成型颗粒进行TG、DTG试验研究,通过工业分析手段了解实验样品的基本特性。通过同步热分析仪和改进工业分析仪分别对生物质三组分和生物质成型颗粒进行燃烧动力学研究。基于热重分析法,对生物质三组分纤维素、木聚糖、木质素及成型秸秆的燃烧特性及化学反应动力学进行实验研究,结果表明:成型秸秆的燃烧特性是生物质三组分共同作用的结果,其中纤维素和木聚糖燃烧失重都集中在挥发分析出和焦炭燃烧阶段,木质素在本次实验的温度范围内(<1400℃)持续失重,高于900℃的温度情况下仍有2个明显的失重峰,成型秸秆具有很好的综合燃烧性能。在270~360℃的燃烧区间内,由实验数据曲线拟合得到拟合方程,求解出活化能E,指前因子A,结果显示生物质三组分和成型秸秆均遵循一级动力学规律。在高温燃烧区间内,木质素在900~960℃的温度区间内遵循三级动力学规律,在1130~1200℃的温度区间内遵循四级动力学规律。研究结果可以有助于掌握不同生物质整体热解或燃烧过程的反应本质。  基于等温热重分析技术,采用化学动力学法拟合燃烧过程中质量损失率与时间的单方程模型,对不同燃烧温度与成型密度下柱状玉米秸秆成型颗粒的快速燃烧特性进行了研究,结果表明:玉米秸秆成型颗粒在600℃下成型密度越大,燃尽时间越长,到达DTG(Differential thermal gravity,热失重速率)曲线峰值时间越长;相同密度的成型颗粒,随温度的升高,燃尽时间缩短,DTG峰值高度越高,到达峰值的时间越短;在本次实验变量控制范围内,结果都表明成型密度和外部环境温度对燃尽率无明显作用;通过动力学计算得到玉米秸秆成型颗粒的反应级数为0.5~0.7之间。由实验数据曲线拟合得到拟合方程,求解出活化能E,指前因子A。研究结果可为玉米秸秆成型颗粒燃烧热风炉的设计与优化提供基础数据。  通过对现有粮食烘干热风炉的结构分析,分析出现的问题并进行粗略的流场模拟,提出一种高效率,燃料适应性广,污染物排放低的热风炉优化设计方案,并对优化设计前后的热风炉进行了燃料适应性测试,污染物排放测试及其性能测试,测试结果显示优化设计后的热风炉热效率得到明显的提升,对生物质燃烧的适应性较好,并在性能测试中发现了一些问题,为以后继续优化提供了数据支撑。

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