基于颗粒间力学特性的生物质流态化燃烧聚团趋势研究
循环流化床燃烧作为一种成熟的流态化燃烧技术，由于其独特的优点，在生物质燃烧方面应用广泛。由于生物质燃料特有的性质，在采用CFB锅炉燃烧的过程中会出现床料聚团这一特殊的碱金属问题。由于聚团可直接导致流化失败，危害严重，本文主要围绕聚团的产生机理和聚团趋势预测来展开研究。由于聚团引发流化失败的直接原因是流化风对床料颗粒的驱动力不足以克服颗粒间相对运动阻力，本研究依托国家自然科学基金项目，将床料颗粒从复杂的流态化过程中剥离出来，单独考察密集颗粒体系内部颗粒之间相对运动时的阻力特性，尝试以此来定量指导流化床内聚团趋势的预测。 研究首先根据连续介质拟流体思路对床料颗粒体系进行分析，讨论其在剪切时的应力-应变本构关系。求取思路经历了斜槽法、锥板法、旋转圆筒法等尝试过程，最后选取了单圆筒法并搭建了测试实验台。借助该实验台，获取了原始石英砂颗粒的应力-应变本构关系，并发现其本构关系不符合常规流体的变化规律。在采用描述泥石流本构关系时常用的二次多项式对其分析后发现其能够较好地描述石英砂的本构关系。由于密集颗粒在剪切过程中表现出的特性与流体差异较大，为了抓住聚团过程中颗粒间作用力这个核心问题，我们开始关注建立在离散颗粒基础之上的颗粒物质力学特性，研究变颗粒浓度下颗粒剪切时的力学特性。研究发现较小的颗粒粒径、光滑的表面、良好的球形度将显著减小颗粒剪切过程中的力链强度，并增加颗粒从自然堆积过渡到紧密堆积所需的时间，而这些因素也正是影响颗粒流化性能的关键要素。 通过在鼓泡床上进行一系列燃烧实验，探讨了床料粒径、燃烧温度、燃料特性等参数对聚团产生的影响。通过对燃烧后的底渣进行分析，发现了三种典型的聚团现象和机理。针对稻秆球和烟秆的聚团趋势进行了燃烧试验并获取了实验底渣，通过对底渣进行剪切实验发现，不同对比工况下燃烧稻秆球获得的底渣颗粒间的运动阻力特性差异能够较好地在剪切试验台上反映出来，对聚团趋势的预测有指导作用；而针对烟秆燃烧获取的底渣力学特性差异则在剪切试验台上体现不出来。通过研究还发现球形床料跟形状不规则床料在聚团形成方式上表现出了较大的差异，球形颗粒由于接触局限在两球的接触点上从而需要很强的粘附性才能粘合在一起；形状不规则的颗粒则能通过面与面进行接触，只需要较小的颗粒表面粘性就能引发较大的颗粒间粘附力，更快地引发聚团。
生物质;流态化燃烧;流变特性;颗粒物质;循环流化床
浙江大学
硕士
工程热物理
余春江;王勤辉
2012
中文
TK229.66
94
2012-12-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）