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生物质致密成型燃料微观结构分析及其燃烧机理研究

苏超杰  
【摘要】: 生物质能作为一种可再生能源越来越受到人们的重视,世界各国都在投入大量的人力、物力开发利用生物质能源。我国作为一个农业大国,农作物资源丰富。有效利用农作物秸秆、林业废弃物等生物质能源,是我国解决农村和城镇生活用能问题的重要途径之一,同时还会带来良好的经济、环境和社会效益。生物质致密成型燃烧利用,作为一种有效利用生物质能的方式,正逐渐被人们接受。生物质致密成型技术已经基本成熟,但生物质致密成型燃料的燃烧设备还不成熟。主要原因是对生物质致密成型燃料的微观结构和燃烧机理了解不透彻,导致燃烧设备的设计参数选取不准,影响生物质致密成型燃料的燃烧效率,进而影响整个技术的推广应用。 为解决上述技术瓶颈,本文提出了生物质致密成型燃料的微观结构分析及其燃烧机理研究。研究从分析其微观结构入手,找到不同生物质致密成型燃料的结构特点,测试并分析了生物质致密成型燃料燃烧机理、燃烧动力学特性及燃烧影响因素。该研究内容是生物质致密成型燃料高效燃烧利用的基础,并为生物质致密成型燃料加工设备和燃烧设备的设计与运行提供科学依据。通过严谨的科学试验和认真、精确的数据处理,得到的主要内容与结论如下: (1)利用电子扫描电镜对玉米秸、豆秸和木屑致密成型燃料的微观结构进行了观测与分析,得出了三种致密成型燃料的结构特点,及该结构特点对燃烧特性的影响。 (2)利用特制的孔隙率测定装置,对玉米秸、豆秸和木屑致密成型燃料的相对孔隙率进行了测试,得出了各自的相对孔隙率。并对其相对孔隙率的测定标准进行了制定,规范了其相对孔隙率的测定方法。 (3)利用LCT-2B差热天平对玉米秸、豆秸和木屑致密成型燃料进行了测试。分析了各差热分析曲线的特征值,及升温速率和燃料细度对曲线特征值的影响。并借助热分析系统和Excel软件对试验结果进行了一元线形回归分析,得出该三种燃料燃烧机理动力学参数活化能E和频率因子K_0。 (4)通过正交试验设计方法,在自制的燃烧试验台测试了影响生物质致密成型燃料燃烧速度各种因素。并借助SAS和Excel软件对试验数据进行了多因素方差分析,分析结果表明反应温度对生物质致密成型燃料的平均燃烧速度影响最为显著,其次是供风量,最后是燃料相对孔隙率。


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