彼は牙、Ji Jianwen、王Lihong、Gao Zhenqiang、李Yongjun
正しくバイオマスをまとめた物理学の問題を研究し、バイオマスペレットの燃焼プロセスは、バイオマス利用、プロセス分析を計算し、結果の計算精度の都市固形廃棄物の焼却技術開発基盤を発射された数学的モデルに依存します：抽象。モデルは、パティキュレート燃焼比較反応ゾーン表面モデル反応モデルと反応モデルの体積を含む、伝送制御手順を計算するように適合された表面反応モデルを指摘し、反応モデルの体積は、電力制御またはプロセスの動力伝達継手制御を計算するように適合されている。乾燥を要約し、物理化学的熱分解、炭素酸化物及び運動量、熱および質量移動式及び方程式に関与する主なパラメータの変化は、結果は、これらのパラメータに有意な差分方程式と、まだ実験的研究モデル選択をアシスト。
0はじめに
現在、直接燃焼は全バイオマス利用の90％以上を占めていますが、バイオマスの粉砕が難しく、大規模な粒子状汚染物質の適用が困難なため、大型サイズ（2mm〜150mm、石炭を燃焼する際の粒度<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｡
大きな粒子バイオマス燃焼プロセスは、化学的酸化性ガスとすることができる内部および外部熱変換材料を含む、非常に複雑であり、バイオマス乾燥、熱分解、チャー酸化のガス化、揮発性燃焼および他の物理的および化学的プロセスに多孔性媒体運動量以内、熱、加えて等伝送品質転送は、また、粒子の収縮、内部クラックの発生、灰溶融及び剥離に関する。難しい数学的解析、シミュレーションは、理論計算の有効な方法である。上記の方法の各々の数学的モデルは、アナログであります精度の重要な結果は、この論文では、理論モデルと燃焼プロセスの開発のための基準を提供するために、バイオマス粒子の主燃焼を含む数学的モデルを要約し、分析します。
モデルの計算に含まれる1つのバイオマス粒子燃焼プロセス
エンジニアリング・シミュレーション機能の割れや灰に特化していない場合は、一般的に。そしてあるため、プロセスの複雑さの、いくつかの3次元、2次元モデルは、燃焼粒子について説明を除いて、プロセスへの影響を無視すると、文書のほとんどは、1次元モデルです。 4「」は、以下の不規則な粒子、一次元モデル演算部（操作体）の分割方法：最も外側のハウジング部の厚さDRとした基材表面の粒子の外表面、及び、内部ユニットに。表面がベース面であり、厚さのDRハウジング部を作製するために取られ、次のために、順番に、セル厚以下の物理的な大きさの中心までは、これが最後のエンティティ演算部、図1に示された例のための円筒体の分割微粒子制御方法であって簡単にするために、関連する空間場合、主に後述する一次元モデルを指します。
1.1反応ゾーンモデル
大きな粒子バイオマス燃焼は物理化学的熱分解、チャー酸化および他のプロセスを乾燥に関する。研究は、制御された熱伝達の乾燥粒子は、質量移動がチャーの炭酸化、熱分解/ガス化によって制御され、共同で電力伝送によって制御されることを示しています。送信制御処理は、典型的には、さらなる拡散転写は、反応面のように簡略化することができない、反応ゾーンに熱又は物質を転送することによるものであるが急速に消費された小領域に発生するが、共同で電力送電又は一般的な反応によって制御しますこの機能により。広い領域、反応の典型的な体積で起こる、反応又は燃焼モデル（volumereactionmofel）の粒子の体積を算出する従来の表面反応モデル（frontreactionmofel）。
1.1.1表面反応モデル
反応表面モデルが無限に薄い表面反応における化学反応/物理的変化を想定し、反応表面が反応して移動することができる。このモデルは、単一の燃焼によって提案硫酸チャー酸化処理、炭素早期Caram'5」を計算するために使用されます仮説炭素酸化膜、膜モデルは炭素二重反応のみ、固体表面上で起こると仮定し、Cano'6「が汚れ粒子燃焼.Gupta'7算出する際にコアとチャコールグレーシェルとの間の燃焼前面（combustionfront）を想定」を炭素粒子の表面で起こる。HEはアリール「8」らバルクを計算する。ネイチャー（内燃大きな粒子と同様に）下方木炭をくすぶり、酸化反応が灰層の先端と炭素層との間に発生したとする。また、ました反応全体シミュレーションモデルは、バイオマス燃焼処理（乾燥、熱分解及びチャー酸化）表面、例えばOuedrago'9「想定反応は773Kの熱分解温度で起こるの顔、チャー酸化がブロック.Thunman'10の表面で発生します」ウェットゾーン、熱分解ゾーン、及び残留炭素領域パーティションパティキュレート燃焼灰に仮定する粒状材料が、ソース仮定を乾燥させ、チャー酸化インターフェイス地区.Galgano'2で発生するヒュームド「も乾燥して熱を前提解決策は非常に薄い上で、および粒子表面に伝搬乾燥及び熱分解の積分を計算する方法を適用します。
1.1.2体積反応モデル
反応（volumereaction）モデルの体積は、全反応塊を、反応速度は等温度、ガス - 固体組成物は、熱分解プロセスを算出するために用いられる点で決定されることを想定している。例えばGroni'11」、Janse'12' とゆうChunjiangについて全体バイオマス粒子、運動量及びエネルギー保存、化学反応式と熱分解プロセス用の熱物質転写方程式がシミュレートされた内部質量のアプリケーションにおける「13」。直接反応モデル燃焼全体バイオマス粒子の体積によって算出多くの研究者もありますプロセスは、例えば、Porteiro'4「及び省電力方程式はブロック全体のために使用されます。
仮定乾燥が一つだけ演算器で、乾燥速度が細胞内に熱伝達率によって決定される発生、説明した式を使用してArrehniusチャー酸化速度、添加式のパラメータ 'は吸着と脱着領域（内面）.Yang'14を表します「など、様々な保存、輸送及び運動方程式だけでなくも、タールが、クラッキング燃焼企図さを考慮すると、木材の燃焼のより詳細な数学的モデルを.Lautenberger'15を揮発使用して、反応ブロックモデルのボリュームを使用します酸化および熱分解プロセス、Arreh-nius式を用いた乾燥プロセスが記載されている。
1.1.3 2つのモデルの比較
反応表面化学反応の唯一の計算の複雑されるので、表面モデルを大幅反応時間算出プログラムを短縮することができる。しかし、この方法は、送信制御処理にのみ適用され、反応体積を正確に定量的に計算できない。伝送制御手順のための反応モデルの同様に、体積計算は、ひどく反応ゾーンにおける高度に特異方程式が最適化方法は、より少ないスペースおよび時間ステップを必要とさえして、非収束計算に至る、計算は非常に時間がかかり、非常に困難であり、必要な生物学的粒子10ミリメートルの計算を使用して燃焼反応法の体積何十時間も。
Peters'16「8〜17ミリメートル粒子を900℃で熱分解炉の温度の間に研究した。】C、及びこれらの条件下で、伝熱制御乾燥、熱分解及び共同送信電力とホーアリールによって制御される、と結論「8」はトナーの自然状態が下、反応が存在する共通のコントロールの主炭素酸化物質移動が制御された大きな粒子バイオマス燃焼動力伝達及び変速機制御を締結くすぶり堆積算出し、現在、2つの研究を必要としますHe Fang '17 'などの計算方法を組み合わせたモデルは、これに関する予備調査を行っています。
1.2物理化学プロセス
現在のところ、広く乾燥、熱分解、チャー酸化、揮発性燃焼および方程式、複雑度に大きな差の他の物理的および化学的プロセスが記載されている。熱分解は、例えば、単純なによりArrehnius式がに関するリアクタータイプの様々な数十人は、プロセスの深い理解に賛成して複雑な式を方程式が、エンジニアリングアプリケーションの観点から、あまりにも複雑な方程式は簡単に解決が困難な問題につながる、技術計算は、したがって、一般的に使用されていない、特に複雑な方程式は、以下のいくつかの代表的な文献を要約したもの物理化学的プロセスを記述する式。
1.2.1乾燥
バイオマス燃焼条件下での乾燥は、非常に高い温度（500℃）で起こり、一般に乾燥している<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:
反応は非常に薄い表面で発生し、調査結果の一部が一致していること概念明らか送信制御理論、「2、16」の乾燥動力学の簡単な数値を記述する方程式が、運動パラメータの現在の欠如に関与するいくつかのホット乾燥実験的な基礎。
1.2.2熱分解
文献では以下の3種類に分かれて熱分解運動方程式形態または式フォームからのパラメータの観点を伴う有意な差がある。直接使用して、最初の仮説バイオマス熱分解揮発性物質とチャーは式Arrehnius方程式を使用して、式を使用してYang'14 'などの反応速度を記述します。
1.2.5炭素酸化
炭素の酸化がバイオマス燃焼プロセスにおいて非常に重要であることに留意すべきで、燃焼時間、一次および二次空気比及び他の重要なパラメータを決定する。炭素の酸化は、研究の歴史を有し、前世紀の典型的なモデルは、主に単一の膜との二重膜モデルモデルは、単一のフィルムモデルは、二酸化炭素を直接固体表面上に酸化されることを想定している。二分子膜モデルは、一酸化炭素、CO外方拡散、及び薄いの火炎面に炭素の表面の酸化が急速にCO 2に酸化することを前提としています。以降、アマンドソンらは、連続膜の境界層モデルを横切って発生することがCOの酸化は、計算に使用することが困難で、非常に複雑で連続的なフィルムモデルを提案し、張明チュアン「19」らは、プロセスモデルCOを移動する火炎前面を使用しました境界層で燃焼する。
一酸化炭素及び二酸化炭素技術計算としばしば考えエンジニアリングシミュレーションの酸化の主要生成物の混合物。条件が許す場合には、一酸化炭素は、大空間における二次燃焼火炎の方法の一次生成物気相酸化であろう。一次酸化反応生成物とCO / CO2モル比xは、次式で表される。
1.3伝送プロセス
多孔質媒質中の運動量、質量、熱の伝達モデルが多数存在する。粒子燃焼過程を計算するための文献における主要な仮定、計算方法、計算式、伝達過程の係数を表1に示す。
1.3.1モーメンタム転送
バイオマスは、多孔質媒体における複数の燃焼ガスの移動、乾燥プロセスによって生成された、特に水蒸気をに関し、熱分解点粒子中に発生する揮発物は、二つの方法で使用される粒子のガス流速を流れる強制します最初に、ガスが直ちに流出する（即時流出） '4,10,16'と仮定し、もう一方は流れがダーシーの定理と一致すると仮定する。
1.3.3物質移動
炭素粒子内の酸素の移動は複数の他のコンポーネントと考え文献のいくつかの拡散はまた、消費の速度、及びガス流によって引き起こされるため、物質移動の計算において、一般的な考慮事項の酸素の拡散及び対流を決定する。拡散係数のRMS （拡散係数と気孔率の積）：
もちろん、文献には、拡散係数の値や残留ガスの計算方法には多くの違いがありますが、ここでは詳しく説明しません。
2結論
1）等の乾燥、炭素酸化物、などの反応ゾーンモデリング、反応の送信制御の計算のための表面反応モデルは、反応モデルの体積は、熱分解反応として、電力及び送信電力制御または共通の対照反応を計算するように構成されています。
熱輸送モデルと制御モデル式Arrehnius - 2）物理的および化学的プロセスで説明したモデルは、通常、2つの乾燥がある; 3つの熱分解反応器 - 単一の反応器モデル、3つの並列反応モデルと3つの並列タールクラッキング反応モデルを考慮しますアカウント水蒸気等への炭素チャー及びチャーの酸化反応の単純な消費;（反応5の合計）は、文献の揮発性部分は、気相での燃焼は、一酸化炭素、揮発性炭化水素の考え一部を燃焼粒子に影響を及ぼさないことが想定されます水素の燃焼。異なる文献における反応機構と反応速度パラメータは大きく異なっていた。
3）転写プロセスモデル、二つのモデルにおける運動量移動の計算 - 迅速かつダルシー流れモデル定理伝送モデル、少数の放射（熱流束を考慮し、より多くのガス - 固体伝熱が熱力学的平衡、一般的な考慮事項伝導と対流を想定している使用照射）;酸素主な考慮事項の物質移動対流および拡散が、いくつかは有意に異なる全てのガス拡散熱質量移動係数を考慮する。
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