فانغ، جي جيانوين، وانغ ليهونغ، قاو تشن تشيانغ، لي يونغ جون
الخلاصة: يتم احتساب عملية احتراق الكتلة الحيوية بيليه استخدام الكتلة الحيوية، وتحليل العملية والنار البلدية الصلبة حرق النفايات أساس تطوير التكنولوجيا من دقة حساب نتائج يعتمد على نموذج رياضي درس الفيزياء مشاكل لخص بشكل صحيح حتى الكتلة الحيوية. نموذج ينطوي على جسيمات الاحتراق منطقة تفاعل مقارنة نموذج سطح نموذج التفاعل وحجم نموذج رد الفعل، وأشار نموذج استجابة سطح تكييفها لحساب الإجراء التحكم في الإرسال، ويتم تكييف حجم النموذج رد فعل لحساب السيطرة على السلطة أو السيطرة المشتركة عملية انتقال السلطة. يلخص التجفيف، وأظهرت الانحلال الحراري الفيزيائية، أكسيد الكربون وتغير من الزخم والحرارة ونقل المعادلة الإعلام والمعلمات الرئيسية التي تشارك في المعادلة. النتائج أن هذه المعايير معادلات الفروق الهامة و، لا يزال مساعدة التجريبية اختيار نموذج الدراسة.
0 مقدمة
في مختلف التطبيقات الحالية تجسيد الكتلة الحيوية، والاحتراق المباشر من 90٪ أو أكثر من "1". وبما أن الكتلة الحيوية المسحوق من الصعب "1"، والملوثات الجسيمات أقل من الانبعاثات "2" والتطبيقات ذات الحجم الكبير، وتستخدم عددا من عمليات الاحتراق أكثر حجم كبير (2mm-150mm، حجم الجسيمات عند حرق الفحم<75μm)原料｡垃圾焚烧中也有大量大颗粒生物质物料, 我国城市固体垃圾中与生物质相关的成分(竹木, 纸张, 布与纤维, 动植物垃圾)占20%-50%[3]｡同样, 大颗粒生物质的燃烧也存在于各种火灾, 特别是森林火灾中｡因此, 大颗粒生物质燃烧过程的理论计算是生物质能利用和城市固体垃圾焚烧设备设计, 操作, 更新以及火灾分析控制的基础｡
الجسيمات الكبيرة عملية الاحتراق الكتلة الحيوية هي معقدة للغاية، بما في ذلك المواد الداخلية والخارجية الحرارة تحويل الغاز قد يكون الأكسدة الكيميائية، لتجفيف الكتلة الحيوية، والانحلال الحراري، تغويز الأكسدة شار، الاحتراق متقلبة وغيرها من العمليات الفيزيائية والكيميائية داخل الزخم المتوسطة التي يسهل اختراقها، والحرارة، نقل نقل جودة، الخ بالإضافة إلى ذلك، يرتبط أيضا إلى انكماش الجسيمات، وتطوير الشقوق الداخلية، والرماد الذوبان وانفصال. التحليل الرياضي الصعب، والمحاكاة هي وسيلة فعالة لحساب نظري. نموذج رياضي من كل من العملية الموضحة أعلاه هو التناظرية النتائج الرئيسية من الدقة. وهذه الورقة تلخيص وتحليل نموذج رياضي تنطوي أساسا على حرق جزيئات الكتلة الحيوية، لتوفير مرجع للنموذج النظري وتطوير عملية الاحتراق.
1 عملية الاحتراق الجسيمات الحيوية التي تشارك في حساب النموذج
عندما، إن لم يكن متخصصون في الهندسة محاكاة الشقوق ميزة أو الرماد، تجاهل عموما تأثيرها على العملية. ونظرا لتعقيد هذه العملية، باستثناء يصف عدد قليل ثلاثي الأبعاد، نموذج ثنائي الأبعاد للجزيئات الاحتراق، ومعظم الوثائق هي نموذج أحادي البعد. لطريقة تقسيم جزيئات غير النظامية، الأبعاد نموذج وحدة حساب واحد (هيئة الرقابة) بعد '4': السطح الخارجي للجزيئات على سطح قاعدة، تؤخذ على أنها الدكتور سمك الوحدة السكنية الأبعد ومن ثم إلى وحدة داخلية. سطح سطح قاعدة، لالمقبل اتخاذها لجعل وحدة سكنية سمك الدكتور، في المقابل، إلى أن مركز الحجم المادي للسمك خلية أو أقل، وهذا هو وحدة الحوسبة كيان الماضي، على سبيل المثال طريقة الجسم تقسيم السيطرة على الجسيمات أسطواني هو مبين في الشكل (1) من أجل التبسيط، فإن تلك التي نوقشت في وقت لاحق تشير أساسا إلى نماذج واحدة - الأبعاد إذا كانت تنطوي على الفضاء.
1.1 منطقة رد الفعل نموذج
كبير احتراق جسيمات الكتلة الحيوية تتصل بها جفت الانحلال الحراري الفيزيائية، أكسدة شار وغيرها من العمليات. وقد أظهرت الدراسات أن الجزيئات المجففة من نقل الحرارة للرقابة، ويتم التحكم نقل الجماعي من قبل الفحم الأكسدة، والانحلال الحراري / تغويز شار والسيطرة عليها بشكل مشترك من قبل انتقال السلطة. وتحدث عملية التحكم في الإرسال عموما في مناطق صغيرة لأن النقل السريع للحرارة أو المادة إلى منطقة التفاعل، التي لا تزيد عن الانتشار، يمكن أن يخفض إلى تفاعلات سطحية، غير أن التفاعلات التي يسيطر عليها بالاشتراك مع السلطة أو القدرة على الإرسال هي عموما يحدث في منطقة واسعة، وهو رد فعل الحجمي نموذجي.بسبب هذه الخاصية، نموذج فرونتراكتيون أو نموذج رد فعل حجم يستخدم عادة لحساب احتراق الجسيمات.
1.1.1 نموذج تفاعل السطح
يفترض نموذج سطح رد فعل تفاعل كيميائي / التغيرات الجسدية في رد فعل السطح رقيقة بلا حدود، والسطح رد فعل يمكن نقلها مع رد الفعل. ويستخدم هذا النموذج لحساب سلفات وعملية الأكسدة شار، في وقت مبكر الكربون Caram'5 "التي اقترحها الاحتراق واحد فيلم، فيلم نموذج يفترض يحدث رد فعل مزدوج الكربون فقط على سطح صلب، Cano'6 "تحمل جبهة الاحتراق (combustionfront) بين جوهر وشل الفحم الرمادي عند حساب الجسيمات الترابية الاحتراق .Gupta'7 'أكسيد الكربون الفرضية يحدث على سطح جزيئات الكربون. HE أريل "8" في حساب الجزء الأكبر آخرون الطبيعة المشتعلة الفحم بالخفض (على غرار الجزيئات الكبيرة الاحتراق الداخلي)، فمن المفترض أن تفاعل الأكسدة يحدث بين الحافة الأمامية للطبقة الرماد وطبقة الكربون، وكان أيضا رد فعل محاكاة نموذج كامل السطوح عملية حرق الكتلة الحيوية (التجفيف، والانحلال الحراري والأكسدة شار). على سبيل المثال Ouedrago'9 "مواجهة رد الفعل المفترض يحدث في 773K درجة حرارة الانحلال الحراري، تحدث شار الأكسدة على سطح كتلة .Thunman'10" افترض المواد الجسيمية في منطقة رطبة، منطقة الانحلال الحراري، والمتبقي المنطقة الكربون التقسيم الجسيمات احتراق الرماد، غاضبا مصدر الافتراض المجففة وتحدث شار الأكسدة في المناطق اجهة .Galgano'2 "كما يفترض جفاف و الحرارة الحل يحدث في رقيقة جدا على، وتطبيق طريقة لحساب جزءا لا يتجزأ من تجفيف انتشار والانحلال الحراري في سطح الجسيمات.
1.1.2 نموذج تفاعل الحجم
حجم (volumereaction) نموذج رد فعل يفترض أن كتلة رد فعل كامل، يتم تحديد معدل التفاعل بفارق نقطة واحدة حيث كانت درجة الحرارة، وتكوين الصلبة الغاز، الخ المستخدمة لحساب عملية الانحلال الحراري. على سبيل المثال Groni'11، Janse'12 "ويو Chunjiang '13' في تطبيق كتلة داخل جسيمات الكتلة الحيوية، والزخم والحفاظ على الطاقة بأكمله، ومحاكاة معادلة التفاعل الكيميائي والنقل الحراري المعادلة الشامل لعملية الانحلال الحراري. وهناك أيضا العديد من الباحثين تحسب مباشرة من حيث الحجم من طراز رد فعل الاحتراق جسيمات الكتلة الحيوية كامل عملية، على سبيل المثال، يتم استخدام المعادلات Porteiro'4 "وتوفير الطاقة لكتلة بأكمله.
يحدث تجفيف نفترض فقط في وحدة الحوسبة واحدة، يتم تحديد معدل التجفيف معدل انتقال الحرارة إلى داخل الخلية، Arrehnius شار معدل الأكسدة باستخدام معادلات وصف، المعلمات المعادلة أضاف تمثل الامتزاز ومنطقة الامتزاز (innersurface) .Yang'14 " باستخدام نموذج رياضي أكثر تفصيلا للاحتراق الخشب، معتبرا ليس فقط مختلف القطران الحفظ، والتفكير في وسائل النقل والمعادلة الديناميكية أيضا تكسير والحرق، الخ المتطايرة .Lautenberger'15 "أيضا استخدام حجم نموذج كتلة رد فعل عملية الأكسدة والانحلال الحراري، وعملية التجفيف باستخدام معادلة أريه-نيوس وصفها.
1.1.3 مقارنة النموذجين
منذ فقط التعقيد الحسابي من التفاعلات الكيميائية السطح رد فعل، قد نموذج سطح تقصير كبير في برنامج حساب الوقت رد فعل. ومع ذلك، فإن هذا الأسلوب لا ينطبق إلا على عملية التحكم في الإرسال، وحجم رد الفعل لا يمكن حساب الكمية بدقة. وبالمثل، فإن حجم النموذج رد فعل لإجراءات التحكم في الإرسال حساب وصعبة للغاية، والمعادلات بشدة فريدة للغاية في منطقة تفاعل يؤدي إلى حساب غير التقارب، حتى مع وسائل التحسين تتطلب أقل مساحة والوقت خطوة، وحساب وقتا طويلا جدا، وحجم وطريقة رد فعل الاحتراق باستخدام حساب البيولوجي الجسيمات 10MM المطلوب عشرات الساعات.
تم دراسة Peters'16 "الجسيمات 8-17 ملم خلال درجة حرارة الانحلال الحراري الفرن على 900 درجة.] C، وخلصت إلى أنه في ظل هذه الظروف، ومراقبة نقل الحرارة والتجفيف، والانحلال الحراري والتي تسيطر عليها بشكل مشترك من قبل انتقال السلطة وهو أريل '8' يحسب الحالة الطبيعية من الحبر المودعة بالخفض المشتعلة خلص، لا سيما نقل الكربون أكسيد كتلة التحكم الجسيمات الكبيرة الكتلة الحيوية الاحتراق نقل الطاقة الكهربائية ونقل السيطرة على سيطرة مشتركة توجد ردود الفعل، ويتطلب حاليا دراسة اثنين نموذج يجمع بين طريقة الحساب، وقد أجريت فانغ '17 'وغيرها استكشاف الأولي في هذا الصدد.
1.2 عملية الكيمياء الفيزيائية
في الوقت الحاضر، هناك موصوفة على نطاق واسع التجفيف، والانحلال الحراري، والأكسدة شار، الاحتراق متقلبة وغيرها من العمليات الفيزيائية والكيميائية للمعادلات، والفارق الكبير في درجة التعقيد. والانحلال الحراري، على سبيل المثال، بنسبة بسيطة من مجموعة متنوعة من أنواع مفاعل Arrehnius المعادلة تتعلق ويلخص عشرات المعادلة معادلة معقدة لصالح فهم متعمق لهذه العملية، ولكن من منظور التطبيقات الهندسية، معادلات معقدة جدا تؤدي بسهولة إلى مشاكل يصعب حلها، الحسابات الهندسية بالتالي عادة لا تستخدم معادلة معقدة خاصة تحت عدة الأدب نموذجي المعادلة التي تصف العملية الفيزيائية.
1.2.1 التجفيف
في ظل ظروف عملية التجفيف للاحتراق الكتلة الحيوية يحدث في درجات حرارة عالية جدا (500 ℃) والمجففة وعام (<200℃)差别较大, 这方面的专门的理论和实验较少｡目前, 干燥速率的方程主要有两类: 一是假设干燥速率由热传输决定[4, 14, 16], 按其物理意义, 蒸发速率为传到干燥前沿净热量除以水分蒸发潜热, 即:
مفاهيم نظرية التحكم في الإرسال واضحة، أن رد الفعل يحدث في سطح رقيقة جدا، وبعض النتائج تتسق '2، 16' حركية المعادلات تجفيف تصف العددية بسهولة، ولكن بعض حار جاف تشارك في النقص الحالي في المعايير الحركية أساس تجريبي.
1.2.2 الانحلال الحراري
في الأدب هناك اختلافات كبيرة تنطوي على الانحلال الحراري الحركي أشكال المعادلة أو من حيث المعلمات من شكل المعادلة، وتنقسم الى ثلاثة أنواع التالية. أول فرضية المتطايرة الكتلة الحيوية الانحلال الحراري وشار مباشرة باستخدام المعادلات معدل التفاعل واصفا مستوى Arrehnius كما معادلة Yang'14 "يستخدم:
1.2.5 أكسدة الكربون
وتجدر الإشارة إلى أن أكسدة الكربون أمر مهم جدا في عملية الاحتراق الكتلة الحيوية، وتحديد وقت الحرق، ونسبة الهواء الابتدائية والثانوية والمعالم الهامة الأخرى. أكسدة الكربون لديها تاريخ من البحوث، والنموذج المثالي من القرن الماضي هي أساسا فيلم واحد ومزدوج نموذج نموذج الفيلم، يفترض نموذجا فيلم واحد ثاني أكسيد الكربون يتأكسد بشكل مباشر على سطح صلب. يفترض نموذج الغشاء طبقة ثنائية أن الأكسدة سطح الكربون وأول أكسيد الكربون، ثاني أكسيد الكربون إلى الخارج نشرها، وسطح شعلة رقيقة تتأكسد بسرعة لCO2. في وقت لاحق، اقترح Amundson آخرون نموذجا فيلم المستمر، وأكسدة ثاني أكسيد الكربون التي قد تحدث عبر نموذج الطبقة الحدية لفيلم المستمر معقدة جدا، من الصعب استخدامها في حساب، وتستخدم تشانغ مينغ تشوان '19' وآخرون جبهة اللهب تتحرك نموذج عملية CO حرق في طبقة الحدود.
خليط من المنتجات الرئيسية للأكسدة أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون الحسابات الهندسية ومحاكاة الهندسة غالبا ما يعتبر. وفي حال سمحت الظروف بذلك، وأول أكسيد الكربون سوف يكون المنتج الأساسي الطور الغازي أكسدة الثانوية بطريقة الاحتراق اللهب في مساحات واسعة. الأكسدة الأولية ناتج التفاعل و ويعبر عن النسبة المولية كو / CO2 x بالمعادلة:
1.3 عملية الإرسال
يفترض العديد من الزخم الإعلامي التي يسهل اختراقها والكتلة ونموذج نقل الحرارة لحساب عملية الاحتراق الجسيمات بشكل رئيسي في الأدب على انتقال طريقة الحساب، ومعادلة معامل حساب هو مبين في الجدول 1.
1.3.1 نقل الزخم
الكتلة الحيوية تتعلق أكثر حركة غاز الاحتراق في وسائل الإعلام التي يسهل اختراقها، وخاصة بخار الماء الناتجة عن عملية التجفيف، والمواد المتطايرة ولدت خلال نقطة الانحلال الحراري الجزيئات المتدفقة اضطر سرعة تدفق الغاز من الجزيئات المستخدمة في طريقتين : أولا، نفترض أن الغاز يتدفق فورا (فوريتوتفلو) '4، 10، 16'، والآخر يفترض أن تدفق يتفق مع نظرية دارسي.
1.3.3 النقل الجماعي
نقل الأوكسجين داخل جزيئات الكربون يحدد معدل الاستهلاك، وبالتالي، في حساب نقل الجماعي، والاعتبارات العامة انتشار الأوكسجين والحمل الحراري الناجمة عن تدفق الغاز، وأيضا بعض نشر الأدب يعتبر أكثر العناصر الأخرى. معاملات نشر التربيعي (منتج معامل الانتشار والمسامية):
وبطبيعة الحال، هناك العديد من الاختلافات في قيم معامل الانتشار أو طرق حساب الغازات المتبقية في الأدب، والتي لم يتم وصفها بالتفصيل هنا.
(2) الاستنتاج
1) النمذجة منطقة التفاعل، ونماذج استجابة السطح لحساب التحكم في الإرسال من رد الفعل، مثل الجافة، أكسيد الكربون، الخ ويتم تكييف حجم النموذج رد فعل لحساب السيطرة على السلطة توليد الكهرباء ونقل أو ردود فعل لسيطرة مشتركة، مثل ردود الفعل الانحلال الحراري.
2) نموذج المبين في العمليات الفيزيائية والكيميائية، وعادة ما تكون هناك اثنين من التجفيف - نموذج نقل الحرارة وصيغة نموذج التحكم Arrehnius، وثلاثة مفاعل الانحلال الحراري - نموذج مفاعل واحد، ثلاثة نموذج رد فعل مواز والنظر في ثلاثة القطران مواز نموذج رد فعل تكسير (رد فعل ما مجموعه خمسة)؛ استهلاك بسيط من شار الكربون وشار تفاعل الأكسدة في بخار الماء الحساب وما شابه ذلك، والجزء المضطرب من الأدب يفترض أن الاحتراق في الطور الغازي لا يؤثر على جزيئات الاحتراق، وتعتبر جزءا من النفط والغاز المتقلبة، وأول أكسيد الكربون واحتراق الهيدروجين.آلية التفاعل وردود الفعل الحركية رد الفعل في مختلف الآداب اختلفت بشكل كبير.
3) نموذج عملية نقل، وحساب من نقل الزخم في نموذجين - نموذج تدفق نظرية نموذج انتقال السريع ودارسي، ويفترض استخدام المزيد الصلبة الغاز نقل الحرارة التوازن الحرارية، والاعتبارات العامة التوصيل والحمل الحراري، للنظر في الإشعاع قليل (التدفق الحراري التشعيع)، ونقل الحراري الشامل ونشر الاعتبار الرئيسي الأكسجين، وعدد قليل النظر عن نشر غاز الكتلة الحرارية نقل معامل مختلفة إلى حد كبير.
مراجع
'1'Loo سف، كوبيجان J. كتيب الكتلة الكتلة الحيوية وإطلاق النار' M'.London، إيرثسكان: 2008.
J 'غالغانو A، دي بلاسي C، هورفات A، وآخرون التحقق التجريبي لموفد الصلبة والغاز المرحلة المرحلة موفل للاحتراق وتغويز سجلات الخشب' J 'الطاقة والوقود، 2006، 20 (5) 2223-2232.
'3' تشن لويان، تشونغ شانشان، بان تشى تشنغ، وآخرون مقارنة تكوين النفايات البلدية في هونغ كونغ وقوانغتشو وفوشان وبكين واستراتيجيات العلاج 'J' العلوم البيئية، 1997، 17 (02): 58-61.
'4'Porteiro J، غرناطة E، كولازو J، وآخرون من موفيل لاحتراق الجسيمات الكبيرة من الخشب المكثف' ي 'الطاقة والوقود، 2007، 21 (6): 3151-3159.
'5' كارام هس، أموندسون نر الانتشار والتفاعل في طبقة الحدود الراكدة حول جزيئات الكربون 'J' أساسيات الكيمياء الصناعية والهندسية، 1977، 16 (2): 171-181.
"6'Cano G، Salatino P، سكالا FA احد mofel الجسيمات من الاحتراق مميعة من الجسيمات شار مع زميل في herent رماد الهيكل العظمي: تطبيق لمياه الصرف الصحي حبيبات sludge'J'.Fuel ProcessingTechnology، 2007، 88 (6): 577-584.
"7'Gupta P، Sadhukhan AK، ساها RK.Analysis للتفاعل احتراق الكربون والليغنيت شار مع igni نشوئها والانقراض الظواهر: Shrinkingsphere mofel" J'.International مجلة الكيمياء الحركية، 2007، 39 (6): 307 -319.
"8'He F، زوبل N، تشا W، وآخرون al.Effects الفيزيائية دعامة-erties على بعد واحد شار smolderingof النزولي: analysis'J'.Biomass العددية والطاقة الحيوية، 2009، 33 (8): 1019-1029.
'9'Ouedraogo A، موليغان جس، كلياند JG.A شور-ستيدي شرينكينغكور أناليسيس أوف وود كومبستيون'J'.Com-باستيون أند فلام، 1998، 114 (1-2): 1-12.
'10'Thunman H، ليكنر B، نيكلاسون F، إت آل. كومبوس-تيون أوف وود بارتيكلس-أبارتيكل موفيل فور وولريان كال-كاتس'J'.Combustion أند فلام، 2002، 129 (1-2): 30-46 .
'11'Gronli مغ، ميلاين ماك. موداثيكال موفيل فور وود بيروليسيس كومباريسون أوف إكسيريمنتال ماسوريمنتس ويث موفيل بريديكتيونس'J'.Energy & فيويلز، 2000، 14 (4): 791-800.
'12'Janse أمك، ويسترهوت روج، برينز W.mofellingof الانحلال الحراري فلاش من الجسيمات الخشب واحد'J'.Chemical إنجينيرينغ أند بروسسينغ، 2000، 39 (3): 239-252.
'13' 余春江، 周劲松، 廖艳芬، 等.硬木 热 解 过程 中 颗粒 内部 二次 反应 的 数值 数值 研究 Ⅰ.单 颗粒 热 解 模型 的 构建 'J'.燃料 化学 学报، 2002، 30 (04): 336-341.
'14'Yang يب، شاريفي فن، سويثنبانك J، إت آل. كومبوس-تيون أوف a سينغل بارتيكل أوف Biomass'J'.Energy & فو-إلس، 2007، 22 (1): 306-316.
'15'Lautenberger C، فرنانديز-بيلو C.A موفيل للانحلال الحراري الأكسدة من wood'J'. كومبستيون أند فلام، 2009، 156 (8): 1503-1513.
'16'Peters B، بروك C.dryingand الانحلال الحراري من الخشب بارتي-كليس: التجارب والمحاكاة'J'.Journal التحلل الحراري التحليلي والتطبيقي، 2003، 70 (2): 233-250.
'17'He F، بهرندت F.A طريقة جديدة لمحاكاة احتراق كبير الكتلة الحيوية الجسيمات - مزيج من رد فعل حجم موفيل ورد فعل الجبهة أبروكسي-mation'J'.Combustion واللهب، في الصحافة، كوريك تيد إثبات.
'18'Lu H، روبرت W، بيرس G، وآخرون. كومبريهنزيف ستوديوف الكتلة الحيوية الجسيمات الاحتراق'ج'الطاقة والوقود، 2008، 22 (4): 2826-2839.
'19'ZhangM، يو J، شو زا جديد لهب ورقة موفيل لإعادة فلكت تأثير أكسدة كو على كوم-باستيون من coly'J' الكربون.Combustion واللهب، 2005، 143 (3): 150 -158.
'20'Arthur JR.reactions بين الكربون والأكسجين' جي '. المعاملات من فارادايسوسيتي، 1951، 47، 164-178.
'21'Evans د، إمونس H.Combustion أوف وود تشاركوال'J'.Fire سافيتي جورنال، 1977، 1 (1): 57-66.
'22'Saidi مس، هاجاليجول مر، مهيسكار A، وآخرون A.A 3D موفلينغوف احتراق ثابت ومتقدم إلى الأمام في سرير معبأة من المواد' J'.Applied الرياضية موفلينغ، 2007، 31 (9): 1970-1996.
'23'Zhou H، فلامانت G، غوتييه D.DEM-ليس محاكاة احتراق الفحم في السرير فقاعة فلويديزد الجزء الثاني: احتراق الفحم على مستوى الجسيمات' J'.Chemical إنجي-نيرينغزسيانس، 2004، 59 (20): 4205- 4215.
'24'Tognotti L، لونغويل جب، ساروفيم أف.المنتجات من أكسدة درجة حرارة عالية من شار واحد بارتي-كلي في التوازن الكهربائي'ج'سيمبوسيوم (إنتر-ناتيونال) على الاحتراق، 1991، 23 (1): 1207-1213.
