HE aryle, porte Jianwen, Wang Lihong, M. Ko, Yongjun
Résumé: La biomasse processus de combustion de granulés est calculée l'utilisation de la biomasse, l'analyse des processus et le feu Fondation municipale de développement de la technologie de l'incinération des déchets solides de la précision de calcul des résultats dépend du modèle mathématique étudiés les problèmes de physique résument correctement la biomasse. modèle implique la combustion de particules modèle de modèle de surface de la zone de réaction comparative de réaction et du volume du modèle de réaction, le modèle de réponse en surface pointu adapté pour calculer la procédure de commande de transmission, et le volume du modèle de réaction est adapté pour calculer la commande de puissance ou de transmission de puissance contrôle en commun de processus. résume le séchage, pyrolyse physico-chimique, l'oxyde de carbone et le changement de mouvement, de chaleur et de l'équation de transfert de masse et les principaux paramètres impliqués dans l'équation. les résultats ont montré que ces paramètres équations de différence significative et, aider encore la sélection du modèle d'étude expérimentale.
0 Introduction
Dans diverses applications présente biomasse mode de réalisation, la combustion directe de 90% ou plus de « 1 ». Etant donné que la biomasse pulvérisé est l'application difficile à « 1 », les contaminants particulaires moins les émissions « 2 » et une grande dimension, un certain nombre de procédés de combustion sont utilisés plus Grande taille (2mm-150mm, taille de particule en brûlant le charbon<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｡
Grand processus de combustion de la biomasse particulaire est très complexe, comprenant un matériau de conversion de la chaleur interne et externe peut être du gaz d'oxydation chimique, le séchage de la biomasse, la pyrolyse, la gazéification d'oxydation de charbon, la combustion volatile et d'autres processus physiques et chimiques à l'intérieur de la dynamique milieu poreux, de la chaleur, transmission de transfert de qualité, etc., en plus, se rapporte également à un retrait de particules, le développement de fissures internes, fusion de cendres et de détachement. analyse mathématique difficile, la simulation est une méthode efficace de calcul théorique. modèle mathématique de chacun du procédé décrit ci-dessus est un analogue les principaux résultats de précision. Ce document résumera et d'analyser un modèle mathématique impliquant principalement la combustion des particules de biomasse, de fournir une référence pour le modèle théorique et le développement du processus de combustion.
1 processus de combustion des particules de biomasse impliqué dans le calcul du modèle
Lorsque, sinon se spécialisent dans les fissures de fonctionnalités de simulation d'ingénierie ou de cendres, généralement ignorer leur impact sur le processus. Et à cause de la complexité du processus, à l'exception de quelques modèles en trois dimensions, deux dimensions décrit les particules de combustion, la plupart des documents sont modèle unidimensionnel. pour la méthode de division des particules irrégulières, une unité de calcul d'un modèle tridimensionnel (organe de contrôle) qui suit « 4 »: la surface extérieure des particules de la surface de base sont, dans l'épaisseur dr de l'unité de logement à l'extérieur et ensuite vers l'unité intérieure. la surface est une surface de base, pour la prochaine prise de faire une unité de logement épaisseur dr, à son tour, jusqu'à ce que le centre de la taille physique de l'épaisseur de la cellule ou moins, ceci est la dernière unité de calcul de l'entité, par exemple un corps cylindrique divisé méthode de contrôle des particules représentée sur la figure 1 Par souci de simplification, ceux qui sont discutés plus loin se réfèrent principalement à des modèles unidimensionnels s'ils impliquent un espace.
1.1 Modèle de zone de réaction
Grande combustion de la biomasse particulaire se rapporte pyrolyse physico-chimique sèche, oxydation de charbon et d'autres processus. Des études ont montré que les particules séchées de transfert de chaleur contrôlée, le transfert de masse est commandé par l'oxydation du charbon de bois, de pyrolyse / gazéification du charbon et contrôlée conjointement par une transmission de puissance. Le processus de contrôle de la transmission se produit généralement dans de petites zones car le transfert rapide de chaleur ou de matière vers la zone de réaction, qui n'est autre que la diffusion, peut être réduit à des réactions de surface. Se produit dans une zone étendue, et est une réaction volumétrique typique.En raison de cette caractéristique, un modèle de réaction ou un modèle de réaction en volume est couramment utilisé pour le calcul de la combustion des particules.
1.1.1 modèle de réaction de surface
Le modèle de réaction de surface suppose que la réaction chimique / le changement physique a lieu sur une surface de réaction infiniment mince qui se déplace au fur et à mesure de la progression de la réaction.Ce modèle est couramment utilisé pour le calcul des processus de séchage et d'oxydation du carbone. Film, modèle de film suppose carbone à double réaction ne se produit que sur la surface solide, Cano'6 « assumer un front de combustion (combustionfront) entre le noyau et l'enveloppe de gris anthracite lors du calcul de la combustion des particules de saleté .Gupta'7 » hypothèse d'oxyde de carbone se produit à la surface des particules de carbone. HE aryle « 8 » dans le calcul de la masse et al. charbon de bois qui couve Nature vers le bas (similaire à la combustion interne de grosses particules), on suppose que la réaction d'oxydation se produit entre le bord d'attaque de la couche de cendres et de la couche de carbone. il est également la réaction ensemble du modèle de simulation de surfaces de processus de combustion de la biomasse (séchage, pyrolyse et oxydation de char). Par exemple Ouedrago'9 « face de la réaction supposée se produit à 773K température de pyrolyse, d'oxydation de carbonisation se produit à la surface du bloc .Thunman'10 » matériau particulaire Supposons que dans la zone humide, la zone de pyrolyse, et la cendre de combustion de particules de séparation de la région de carbone résiduel, fumée supposition source séchée et oxydation de charbon se fait au quartiers d'interface .Galgano'2 « assume également le séchage et la chaleur La solution se déroule dans le très mince On, et d'appliquer la méthode de calcul de l'intégrale de séchage et de pyrolyse de propagation dans la surface des particules.
1.1.2 Modèle de réaction volumique
Volume du modèle de réaction (volumereaction) suppose que la totalité de la masse de réaction, la vitesse de réaction est déterminée par un point où la température, la composition solide-gaz, etc. utilisé pour le calcul du procédé de pyrolyse. Par exemple Groni'11 », Janse'12' et Yu Chunjiang « 13 » dans l'application de la masse à l'intérieur des particules de biomasse entière, la dynamique et la conservation de l'énergie, l'équation de la réaction chimique et l'équation de transfert de masse thermique pour le processus de pyrolyse a été simulée. il y a aussi de nombreux chercheurs directement calculées en volume de l'ensemble de combustion du modèle de réaction des particules de biomasse Le processus, par exemple, Porteiro'4 'est également une équation de conservation et de cinétique pour l'ensemble du bloc.
séchage Supposons ne se produit que dans une unité de calcul, la vitesse de séchage est déterminée par le taux de transfert thermique dans la cellule; taux d'oxydation Arrehnius char en utilisant les équations décrites, les paramètres de l'équation ajoutée représentent l'adsorption et la zone de désorption (surface interne) .Yang'14 ' en utilisant un modèle mathématique plus détaillée de la combustion du bois, en considérant non seulement les différents conservation, le transport et l'équation dynamique sont également envisagés goudron de craquage, combustion, etc. substances volatiles .Lautenberger'15 « utiliser aussi le volume du modèle de bloc de réaction Procédé d'oxydation et de pyrolyse, procédé de séchage utilisant l'équation d'Arreh-Nius décrite.
1.1.3 Comparaison des deux modèles
Étant donné que la complexité de calcul des réactions chimiques de surface de réaction, le modèle de surface peut raccourcir considérablement le programme de calcul de temps de réaction. Cependant, ce procédé est uniquement applicable à une procédure de commande de transmission, le volume de réaction ne peut pas calculer avec précision quantitative. De même, le volume du modèle de réaction pour la procédure de commande de transmission calcul est très difficile, les équations sévèrement très singuliers dans la zone de réaction conduit à un calcul non-convergence, même avec des méthodes d'optimisation nécessitent moins d'espace et de pas de temps, le calcul est très coûteuse en temps, le volume de la méthode de réaction de combustion à l'aide du calcul particule biologique 10mm nécessaire Des dizaines d'heures.
particules Peters'16 « 8-17 mm ont été étudiés au cours de la température du four de pyrolyse à 900 °.] C, et a conclu que, dans ces conditions, le séchage de commande de transfert de chaleur, la pyrolyse et contrôlée conjointement par la puissance d'émission et aryle Ho « 8 » calcule l'état naturel du toner déposé vers le bas qui couve conclu, principalement transmission biomasse oxyde transfert contrôlé particulaire à grande masse de carbone combustion de puissance et de contrôle de la transmission des réactions contrôle commun existe, nécessite actuellement l'étude de deux Le modèle combinant la méthode de calcul, He Fang '17 'et d'autres ont mené une exploration préliminaire à cet égard.
1.2 Processus de chimie physique
À l'heure actuelle, il y a largement décrit séchage, pyrolyse, oxydation char, la combustion volatile et d'autres processus physiques et chimiques des équations, une grande différence dans le degré de complexité. Dans pyrolyse, par exemple, par un simple à partir d'une variété de types de réacteurs équation Arrehnius se rapporte à des dizaines d'équations équation complexe en faveur de la compréhension approfondie du processus, mais du point de vue des applications d'ingénierie, des équations trop compliquées conduisent facilement à des problèmes difficiles à résoudre, les calculs techniques donc généralement pas utilisé l'équation particulièrement complexe ci-dessous résume plusieurs littérature typique L'équation décrivant le processus physicochimique.
1.2.1 Séchage
Le séchage dans des conditions de combustion de la biomasse se produit à des températures très élevées (500 ° C) et en général à sec<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:
concepts de la théorie de contrôle de transmission claire, que la réaction se produit dans une surface très mince, et certains des résultats sont conformes « 2, 16 » cinétique de séchage des équations décrivant facilement numérique, mais certains sec chaud impliqué dans le manque actuel de paramètres cinétiques Base expérimentale.
1.2.2 pyrolyse
Dans la littérature, il existe des différences significatives impliquant des formes d'équation cinétique de pyrolyse ou en termes de paramètres de forme d'équation, répartis dans les trois types suivants. La première hypothèse de pyrolyse de composés volatils de la biomasse et le charbon directement en utilisant un les équations de vitesse de réaction décrivant niveau Arrehnius que l'équation » Yang'14 est utilisé:
1.2.5 oxydation du carbone
Il convient de noter que l'oxydation du carbone est très important dans le processus de combustion de la biomasse, de déterminer le temps de combustion, le rapport d'air primaire et secondaire et d'autres paramètres importants. L'oxydation du carbone a une histoire de la recherche, le modèle typique du siècle dernier sont principalement film unique et un double modèle de modèle de film, un seul modèle de film suppose que le modèle du dioxyde de carbone est directement oxydé sur la surface solide. membranaire bicouche suppose que l'oxydation de surface du carbone en monoxyde de carbone, CO diffusion vers l'extérieur, et la surface de flamme du mince rapidement oxydé en CO2. plus tard, Amundson et autres ont proposé un modèle de film continu, l'oxydation du CO qui peut se produire à travers le modèle de la couche limite d'un film continu est très complexe, difficile à utiliser dans le calcul, Zhang Ming Chuan « 19 » et al utilisé un front de flamme modèle de processus en mouvement CO Brûler dans la couche limite.
Le mélange des produits primaires de l'oxydation du monoxyde de carbone et les calculs d'ingénierie dioxyde de carbone et la simulation d'ingénierie souvent pris en compte. Dans le cas où les conditions le permettent, le monoxyde de carbone sera l'oxydation en phase gazeuse du produit principal de la manière de la flamme de combustion secondaire dans les grands espaces. Produit de réaction d'oxydation primaire et Le rapport molaire CO / CO2 x est exprimé par l'équation:
1.3 processus de transmission
Beaucoup dynamique de type milieu poreux, la masse et le modèle de transfert de chaleur pour le calcul du processus de combustion des particules est principalement supposé dans la littérature sur la transmission de la méthode de calcul, et une équation de calcul de coefficients indiqués dans le tableau 1.
1.3.1 Transfert de momentum
La biomasse se rapporte plus de mouvement des gaz de combustion en milieu poreux, en particulier la vapeur d'eau générée par le processus de séchage, les matières volatiles produites au cours des points de pyrolyse des particules forcées circulant vitesse d'écoulement de gaz des particules utilisées dans les deux procédés : D'abord, supposons que le gaz s'écoule immédiatement (débit immédiat) '4, 10, 16', et l'autre suppose que le flux est en accord avec le théorème de Darcy.
1.3.3 transfert de masse
Transfert d'oxygène dans les particules de carbone détermine le taux de consommation, et par conséquent, dans le calcul du transfert de masse, la diffusion des considérations générales d'oxygène et de convection provoquée par l'écoulement de gaz, également une certaine diffusion de la littérature examiné plusieurs autres composants. Diffusion Coefficients rms (Produit du coefficient de diffusion et de la porosité):
Bien sûr, il existe de nombreuses différences dans les valeurs de coefficient de diffusion ou les méthodes de calcul des gaz restants dans la littérature, qui ne sont pas décrites en détail ici.
2 Conclusion
1) la modélisation de la zone de réaction, les modèles de réponse de surface pour le calcul de la commande de transmission de la réaction, tel que sec, l'oxyde de carbone, etc. Le volume du modèle de réaction est adapté pour calculer la commande de puissance électrique et la transmission ou les réactions témoins courantes, telles que les réactions de pyrolyse.
2) le modèle décrit dans les procédés physiques et chimiques, il y a habituellement deux séchage - modèle de transport de chaleur et une formule de modèle de commande Arrehnius; trois réacteur de pyrolyse - un seul modèle de réacteur, trois modèle de réaction parallèle et en considérant trois modèle de réaction de craquage du goudron parallèle (réaction un total de cinq); simple consommation de charbon de carbone et la réaction d'oxydation de charbon en compte la vapeur d'eau et analogue, une partie volatile de la littérature est supposé que la combustion dans la phase gazeuse ne modifie pas les particules de combustion, considérés comme faisant partie de l'hydrocarbure volatil, le monoxyde de carbone Et la combustion de l'hydrogène. Le mécanisme de la réaction et les paramètres cinétiques de réaction dans différentes littératures différaient de manière significative.
3) le modèle de processus de transfert, le calcul du transfert de quantité de mouvement dans deux modèles - un modèle de transmission modèle d'écoulement rapide et Darcy théorème; utiliser plus le transfert de chaleur gaz-solide est supposé équilibre thermodynamique, la conduction Considérations générales et convection, pour tenir compte de quelques rayonnement (flux de chaleur irradiation); convection de transfert de masse et la diffusion de l'examen principal d'oxygène, un peu considèrent tous le coefficient de transfert de masse thermique à diffusion de gaz sensiblement différent.
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