论文总字数：25831字

摘 要

生物质作为一种CO₂零排放的可再生能源，若将其与流化床富氧燃烧技术结合起来，可以实现CO₂的负排放。本文在可视化的二维流化床上，以木屑和稻壳颗粒作为研究对象，研究了O₂/CO₂以及O₂/N₂气氛下，不同O₂体积浓度时，单颗粒燃料的脱挥发份特性以及焦炭燃烧特性(着火、火焰温度、脱挥发份时间、焦炭温度、颗粒燃尽时间)。利用相机记录颗粒整体的燃烧情况，分析其着火和熄灭过程，并采用双色高温法测定火焰及焦炭的温度。结果表明，随着O₂浓度的上升，颗粒燃料的着火方式不发生改变，着火延迟时间以及脱挥发份时间会减少，挥发份火焰温度以及焦炭温度都会相应的升高。且改变气氛后，在相同的O₂浓度下，两种燃料颗粒在O₂/CO₂气氛中的着火延迟时间要比在O₂/N₂气氛中的着火延迟时间要长，并且脱挥发份阶段，火焰温度要低于O₂/N₂气氛中的火焰温度，O₂/CO₂气氛中的脱挥发份时间一般比O₂/N₂气氛的长，且O₂/CO₂气氛中的燃尽时间会略高于O₂/N₂气氛中燃尽时间。

关键词：生物质；颗粒燃料；富氧燃烧；脱挥发份；焦炭燃烧

Abstract

Biomass, as a renewable energy source which is considered to be zero CO₂ emissions, can be combined with oxy-fuel combustion technology to achieve negative CO₂ emissions. Devolatilization and char combustion characteristics of single fuel particle (sawdust and rice husk particle) under oxygen-enriched combustion conditions were studied in a visualized two-dimensional fluidized bed. The aim was to evaluate the devolatilization behavior (ignition, flame temperature, devolatilization time，char combustion and particle burnout time) in O₂/N₂ and O₂/CO₂ atmosphere when changing O₂ volume concentrations from 10% to 40%. The combustion of volatiles and char was recorded by high-speed camera in order to analyze ignition and extinction process. And the temperature of volatile flame and char were measured by two-color high-temperature method. Results indicate that with the raising of oxygen concentration the mode of ignition of the both fuel particles do not change. The ignition-delay time and the devolatilization time decrease while flame temperature and char particle temperature increase. In the same O₂ concentration，after changing the atmosphere ,the ignition delay time of the two fuel particles in O₂/CO₂ atmosphere is longer than that in the O₂/N₂ atmosphere. Meanwhile the flame temperature is lower than that in the O₂/N₂ atmosphere at the devolatilization stage. The devolatilization time in the O₂/CO₂ atmosphere is generally longer than that in the O₂/N₂ atmosphere, and the burnout time is a little longer than that in the O₂/N₂ atmosphere.

Key words：Biomass；Fuel Particles；Oxy-Fuel Combustion；Devolatilization；Char Combustion

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景与意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1生物质能利用技术 2

1.2.2富氧燃烧技术 3

1.3主要研究内容与目的 6

第二章 实验装置及实验方法 7

2.1实验装置 7

2.2实验方法 8

2.2.1双色高温法 8

2.2.2温度参数标定 9

2.3实验条件 12

第三章 结果与讨论 13

3.1整体燃烧过程 13

3.1.1整体燃烧图像 13

3.1.2挥发份燃烧图像 14

3.1.2焦炭燃烧图像 15

3.2着火 15

3.2.1着火方式 15

3.2.2着火延迟时间 17

3.3脱挥发份过程 20

3.3.1挥发份火焰温度 20

3.3.2颗粒燃料的脱挥发份时间 21

3.3焦炭燃烧过程 23

3.3.1 焦炭燃烧温度 23

3.3.2颗粒燃料燃尽时间 25

第四章 结论与展望 26

4.1全文主要结论 26

4.2 后续工作展望 27

致 谢 28

参考文献 29

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

随着世界工业化进程的进一步加速，由温室气体引发的全球气候变暖现象正在加剧，这对于自然环境生态系统以及人类自身的生存都产生了极大地威胁与影响。所以，对温室气体尤其是CO₂的减排的研究成为了一项日益重要的任务。生物质作为一种可再生能源，具有分布广、储量大、清洁等优点，在其整个利用过程中不会增加大气中CO₂的含量^[1]，而对于生物质的良好利用，对于缓解日益严重的“温室效应”有着特殊而重要的意义。

根据国际能源机构IEA在《清洁能源进展报告》中指出，在过去的20年内，全球一次能源供应总量年均增速2.96%，而生物质能与之同步增长（2.46%），生物质在世界能源中的比重稳步上升。Khan等^[2]指出，到2050年，生物质所供给的能量可能占全球总能量的25%至近75%。2017 年，全球生物基材料与生物质能源产业规模总值已经超过1万亿美元，这其中，美国占据了极大部分，产值达到了4000亿美元，并且美国规划到2020年，石化基材料至少有25%的比重将被生物基材料所取代。生物质能源，从量上来看，已经成为占据全球首位的可再生能源。从各个国家的能源规划上来看，美国计划到2030年，在运输燃料方面，生物质能源将占比30%，瑞典、芬兰等国规划，到2040年前后石油车用燃料将完全被生物质燃料所取代^[3]。巴西利用甘蔗为原料大力发展燃料乙醇，到2013年，甘蔗乙醇供量占巴西石油燃料市场的57%，同时甘蔗乙醇已经成为带动巴西多个相关行业快速发展的一项国家支柱产业，乙醇汽油及相关产业总产值已达到国民生产总值的8%^[4]，成为了一项重要的经济增长点。除此之外，生物质能源项目，在国际上已经有了大规模产业成熟化的趋势。美国的大豆生物质能源项目、欧盟的菜籽油生物质能源项目、巴西的甘蔗生物质能源项目及马来西亚的棕榈油生物质能源项目^[5]，这都预示着生物质能源将在以后的生活生产中占据一个极其重要的地位。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：25831字