그는 팡, Ji Jianwen, 왕 Lihong, 가오 Zhenqiang, 리튬 Yongjun
개요 : 바이오 매스 펠릿 연소 과정 물리학 문제가 제대로 바이오 매스를 요약 공부 바이오 매스 활용, 프로세스 분석 및 결과의 계산 정확도 화재 도시 고형 폐기물 소각 기술 개발 재단 수학적 모델에 따라 계산됩니다. 모델 미립자 연소 비교 반응 구역 표면 모델 반응 모델과 반응 모델의 볼륨을 포함, 전송 제어 절차를 계산하도록 표면 응답 모델을 지적하고, 반응 모델의 체적은 전력 제어 또는 공정의 동력 전달 조인트 제어를 계산하도록 구성된다. 건조 요약 물리 열분해 탄소 산화물 및 운동량, 열 및 물질 전달 방정식과 수식에 관여하는 주요 매개 변수의 변화. 결과를 보여 주었다 이러한 파라미터 상당한 차이 방정식과, 아직 실험 연구 모델 선택을 돕는다.
0 소개
다양한 용도 본 실시 매스 직접 연소 90 % 이상의 '1'. '1'어렵다 분쇄 매스 때문에, 미립자 오염 적게 배출 '2'와 대형 응용에서 연소 과정의 수는 더 많이 사용 큰 크기 (2mm-150mm, 석탄을 태울 때 입자 크기<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｡
큰 입자 매스 연소 공정은, 내부 및 외부 열 변환 매스 건조, 열분해 화학적 산화성 가스 일 수있다 재료, 숯 산화 휘발성 연소 및 기타 물리적 및 화학적 처리의 가스화 다공성 물질 운동량 내의 열을 포함한 매우 복잡 또한 등에 전송 품질 전송, 또한 입자 수축에 관한 것으로서, 내부 크랙, 재 용융 및 분리. 어려운 수학적 분석의 발전은, 시뮬레이션은 이론적 인 계산의 효과적인 방법이다. 상기 방법의 각각의 수학적 모델은 아날로그 인 정확도의 주요 결과.이 논문 요약 이론적 모델에 대한 기준과 연소 과정의 개발을 제공하는 바이오 주로 입자의 연소를 수반하는 수학적 모델을 분석 할 것이다.
모델 계산에 포함 된 1 개의 바이오 매스 입자 연소 과정
엔지니어링 시뮬레이션 기능 균열이나 재 전문으로하지 않을 경우, 일반적으로. 그리고 때문에 프로세스의 복잡성, 몇 세 가지 차원의 2 차원 모델은 연소 입자를 설명 제외 과정에 미치는 영향을 무시하면, 문서의 대부분은 하나의 차원 모델입니다. 최 하우징 유닛의 두께 (DR)으로하고, 내부 유닛에 걸리는 기재 표면의 입자의 외부 표면에 '4'를 다음 불규칙한 입자의 분할에있어서, 하나의 차원 모델 연산부 (조절 체)에 대한. 표면은 셀 두께 이하의 물리적 크기의 중심까지 차례로, 두께 DR 하우징 부 있도록 촬영 된 다음,이 원통형 본체 분할 미립자 제어 방법은도 1에 도시 된 예에 대한 마지막 엔티티 컴퓨팅 유닛이며,베이스면 인 공간 관련된 경우 일차원 모델 후술에 편의상, 주로 의미한다.
1.1 반응 구역 모델
큰 입자 매스 연소 물리 열분해 숯 산화 등의 처리를 건조 관한 것이다. 연구 제어 열전달 건조 입자는, 물질 전달이 숯의 숯 산화, 열분해 / 가스화 제어 공동 동력 전달에 의해 제어되는 것을 보여 주었다. 송신 제어 처리는 통상적으로 빠르게 더 확산 전송이 반응 표면으로 간략화 할 수없는 소비되어 반응 구역으로 열 및 물질 전달에 기인하는 작은 영역에서 발생한다. 그러나, 공동 전력 및 동력 전달 또는 일반적인 반응에 의해 제어 이 때문에 기능. 넓은 영역의 반응의 전형적인 부피 발생 반응이나 연소 모델 (volumereactionmofel)의 입자의 부피를 계산하는 종래의 표면 반응 모델 (frontreactionmofel).
1.1.1 표면 반응 모델
반응 표면 모델은 무한히 얇은 표면 반응의 화학 반응 / 물리 변화를 가정 반응 표면 반응하여 이동 될 수있다.이 모델은 단일 연소 제안 황산 숯 산화 처리 카본 초기 Caram'5 '을 계산하는 데 사용 가설 탄소 산화물 막, 막 모델 탄소 이중 반응에만 고체 표면 상에 발생 가정 Cano'6 '는 먼지 입자를 연소 .Gupta'7 계산할 때 코어와 진회색 쉘 사이의 연소 전면 (combustionfront)을 가정'을 탄소 입자의 표면에서 일어난다. HE 아릴 '8'알루미늄 등의 벌크를 산출한다. 자연 (내연 큰 입자 유사) 하방 숯 연기, 이는 산화 반응이 재층의 선단과 카본 층 사이에 발생하는 것으로 가정한다. 또한이었다 예 Ouedrago'9하는 반응 전체 시뮬레이션 모델이. 바이오 매스 연소 공정 (건조, 열분해 및 숯 산화)면 '상정 반응 얼굴 773K 열분해 온도에서 발생 숯 산화 블록 .Thunman'10의 표면에서 발생' 습윤 구역 열분해 구역 잔류 탄소 영역 분할 미립자 연 소재로 가정하자 입자상 물질 소스 상상 말린 숯 산화 인터페이스 지구 .Galgano'2 발생 발연 '과 같은 건조 열을 가정 용액은 매우 얇은 발생 ON 상태가되고, 상기 입자 표면에 전파 건조 및 열분해의 적분을 계산하는 방법을 적용한다.
1.1.2 모델 반응 부피
반응 (volumereaction) 모델의 양이 전체 반응 물질은, 반응 속도 등의 온도, 기체 - 고체 조성물은 열분해 공정을 계산하기 위해 사용되는 포인트에 의해 결정된다고 가정한다. 예 Groni'11 'Janse'12'및 유 Chunjiang 들어 전체 미생물 입자, 모멘텀 및 에너지 보존 내부 질량의인가에 '13', 화학 반응식 및 열분해 공정을위한 열 질량 전사 식. 시뮬레이트 된 직접 반응 모델 연소 전체 매스 입자의 부피에 의해 계산 많은 연구자도있다 프로세스는, 예를 들어, Porteiro'4 "전력 보존 방정식은 전체 블록에 사용된다.
가정하자 건조는 건조 속도가 셀 내로 열 전달 속도에 의해 결정되는, 하나의 컴퓨팅 장치에서 발생, 아 레니 우스 숯 산화율하여 방정식 바와 가산 식 파라미터 '흡착 및 탈착 영역 (innersurface) .Yang'14 나타낸다 등, 레코딩, 크래킹 다양한 보존, 수송 및 운동 방정식은 또한 고려된다 타르까지도 고려하여, 목재의 연소의 상세한 수학적 모델을 사용하여 .Lautenberger'15를 휘발 '또한 반응 블록 모델의 볼륨을 사용 산화 및 열분해 공정, Arreh-nius 방정식을 이용한 건조 공정.
1.1.3 두 모델의 비교
반응 표면 화학 반응의 계산 복잡성 때문에, 표면 모델은 크게 반응 시간 계산 프로그램을 단축 할 수있다. 그러나,이 방법은 전송 제어 처리에만 적용되면, 반응 부피 수없는 정확하게 정량 계산. 마찬가지로, 전송 제어 절차의 반응 모델의 용적 계산은, 상기 반응 영역에서 심하게 높은 단수 방정식 최적화 방법은 작은 공간 및 시간 단계를 필요조차와 비 수렴 연산하는 것은 매우 어렵다 이르게되면, 계산은 매우 많은 시간이 소요되고, 생물학적 입자 10mm 계산을 사용하여 연소 반응에있어서의 용적이 필요 수십 시간.
Peters '16은 900 ℃에서 8-17 mm 입자의 열분해를 연구하여 이러한 조건에서 건조가 열 전달에 의해 제어되고 열분해가 전송 및 전력 모두에 의해 제어된다는 결론을 얻었습니다. '8'토너의 자연 상태는 하방 반응이 존재하는 공통 제어 주로 탄소 산화물 질량 전달 제어 큰 입자 매스 연소 동력 전달 및 전송 제어를 체결 연기 증착 된 계산 현재 두 연구를 필요 He Fang '17 '과 다른 계산 방법을 결합한 모델은 이와 관련하여 예비 탐사를 수행했습니다.
1.2 물리 화학 과정
현재 널리 건조, 열분해, 숯 산화 휘발성 연소 방정식 복잡성의 정도에 큰 차이는 다른 물리적, 화학적 방법이 기재되어있다. 열분해에서, 예를 들어, 간단한 의해 아 레니 우스 식에 관한 반응기 종류의 다양한 수십 공정의 깊은 이해 대신 복잡한 방정식을 방정식하지만 엔지니어링 어플리케이션의 관점에서 너무 복잡한 방정식을 쉽게 해결하기 어려운 문제가 발생할 엔지니어링 계산이 때문에 일반적으로 사용되지 특히 복잡한 방정식은 아래 여러 일반적인 문헌 요약 물리 화학적 과정을 설명하는 등식.
1.2.1 건조
바이오 매스 연소 조건 하에서의 건조는 매우 높은 온도 (500 ℃)와 일반적으로 건조한 상태에서 발생합니다<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:
전송 제어 이론 개념 맑은 반응은 매우 얇은 표면에 발생하고, 결과의 일부는 2 ', 16'건조 동역학 방정식 수치 쉽게 설명 일치하지만 뜨거운 드라이 운동 파라미터의 현재 부족에 관여한다는 실험적 근거.
1.2.2 열분해
문헌에 다음과 같은 세 가지 종류로 나눌 열분해 운동 방정식 형태 또는 방정식 형태에서 파라미터로하여, 관련된 상당한 차이가있다. 직접을 이용하여 제 가설 매스 열분해 휘발 및 숯불 수준 Arrehnius 방정식을 사용하여 반응 속도를 설명합니다.
1.2.5 탄소 산화
탄소의 산화가 바이오 매스 연소 과정에서 매우 중요하다는 것을 주목해야한다 레코딩 시간, 일차 및 이차 공기비 및 다른 중요한 파라미터를 결정한다. 탄소의 산화 연구의 역사를 가지고, 지난 세기의 전형적인 모델은 주로 단일 막 및 이중 막 모형 모델은 단일 막 모델 이산화탄소 직접 고체 표면에 산화되어 있다고 가정한다. 이중층 막 모델 일산화탄소 CO 외측으로 확산하고, 박막의 화염면 탄소의 표면 산화가 빠르게 CO2로 산화한다고 가정. 이후, 아문 드선 등은 연속 필름의 경계층 모델에 걸쳐 발생할 수 CO의 산화가 계산에 사용하는 것이 곤란 매우 복잡 연속 막 모델을 제안 장 밍 추안 '19'등은 프로세스 모델 CO 이동 화염 전면 사용 경계층에서 굽기.
조건 허가는, 일산화탄소는 큰 공간에 보조 연소 화염 방식의 주 생성물 기상 산화 될 경우 종종 간주 일산화탄소 및 이산화탄소 엔지니어링 계산 공학 시뮬레이션의 산화 차 제품의 혼합물을 포함한다.. 주 산화 반응 생성물 CO / CO2 몰비 x는 다음 방정식으로 표현됩니다.
1.3 전송 프로세스
미립자의 연소 과정을 계산하는 많은 다공성 지지체 운동량, 질량 및 열 전달 모델은 중심의 계산 방법에서의 송신 문헌에서 상정하고있는 계수 산출 식 표 1에 도시된다.
1.3.1 모멘텀 전송
매스 다공질 매체에 더 연소 가스 운동, 건조 공정에 의해 생성 특히 수증기 관한 열분해 점 중에 발생하는 휘발은 두 가지 방법에 사용되는 입자의 가스 유속을 흐르는 강제 된 입자 첫째, 다르 흐름 정리 가정 다른 라인에 급 기류 (immediateoutflow)에 '4, 10, 16'가정한다.
1.3.3 물질 전달
탄소 입자 내의 산소 전달은 물질 전달, 일반 고려 산소 확산 및 가스 유동에 의한 대류를 고려 문헌 일부 확산 이상의 다른 구성 요소의 계산에 따라서 소비 속도를 결정하고. 확산 계수의 RMS를 (확산 계수 및 다공성의 곱) :
물론, 문헌에 남아있는 가스의 확산 계수 값이나 계산 방법에는 많은 차이점이 있으며 여기서는 자세히 설명하지 않습니다.
2 결론
1) 반응 구역 모델링 등, 탄소 산화물, 건조 반응 모델의 볼륨이 전력과 송신 전력 제어 또는 열분해 반응과 같은 공통 제어 반응을 계산하도록 적응 된 바와 같이 반응의 송신 제어의 계산 표면 반응 모델.
열전달 모델 및 제어 모델 식 아 레니 우스 - 2)의 물리적 및 화학적 과정에 개시된 모델은 일반적으로 두 건조있다; 세 열분해 - 단일 반응기 모델 3 개 병렬 반응 모델과 3 개 병렬 타르 분해 반응 모델을 고려 계정 수증기 등으로 탄소 숯과 숯 산화 반응 단순 소비; (반응 총 5) 문헌 휘발성 부분은 기상에서 연소, 일산화탄소, 휘발성 탄화수소 간주 부분 연소 입자에 영향을주지 않는다고 가정 그리고 수소 연소. 여러 문헌에서 반응 메커니즘과 반응 속도 매개 변수가 크게 달랐다.
3) 전송 프로세스 모델 두 모델의 운동량 전달의 계산 - 신속하고 다르 흐름 모델 정리 전송 모델 사용중 이상의 기체 - 고체 전열 몇 방사선을 고려해야 열역학적 평형 일반적인 고려 전도와 대류를 가정한다 (열유속 복사 법) 질량 이동은 주로 대류와 산소의 확산을 고려하지만, 소수는 모든 기체의 확산을 고려한다. 열 질량 전달 계수의 차이는 명백하다.
참고 문헌
'1'Loo SV, 바이오 매스 combus-기 공동 firing'M'.London의 Koppejan J.The 안내서, Earthscan 2008.
'2'Galgano A, 디 블라시 C, 호르 바트 A, 연소 및 연료 목재 Logs'J'.Energy 2006 가스화 커플 고체 및 기체 상 mofel al.Experimental 등의 검증, 20 (5) : 2223-2232.
'3'홍콩, 광저우, 포산과 비교 처리 전략 'J'환경 과학, 1997, 17 (02)의 베이징 생활 폐기물 조성 루 첸 연, 종 산산, 풍 치 일 : 58-61.
'4'Porteiro J, Granada E, Collazo J, 기타 고밀도 목재'J '의 대형 입자 연소를위한 모텔의 에너지 및 연료, 2007, 21 (6) : 3151-3159.
'5'Caram HS, Amundson NR. 탄소 입자 'J'에 관한 정체 경계층에서의 확산과 반응 산업 및 공학 화학 기초, 1977, 16 (2) : 171-181.
'6'Cano G, P Salatino, 공동 herent 애쉬 뼈대와 함께 숯 입자의 유동층 연소의 스칼라 FA 단일 입자 mofel : 과립 하수 sludge'J'.Fuel ProcessingTechnology 2007 신청, 88 (6) : 577-584.
'7'Gupta P, Sadhukhan AK, igni - 기 및 소멸 현상 탄소 갈탄 및 숯의 연소 반응의 사하 RK.Analysis : Shrinkingsphere의 mofel'화학 동력학 J'.International 저널 2007, 39 (6) : 307 -319.
'8'He F, 조벨 실장 N, ZHA W, 등 일차원 하방 smolderingof 숯 물리적 프로 프 erties의 al.Effects : 수치 analysis'J'.Biomass 바이오 에너지, 2009, 33 (8) : 1019년부터 1029년까지.
'9'Ouedraogo A, Mulligan JC, Cleland JG.A 목재 연소 'J'.Com-bustion and Flame, 1998, 114 (1-2) : 1-12의 Quasi-steady ShrinkingCore 분석.
'10'Thunman H, Leckner B, Niklasson F, et al. 목재 입자의 응집 - 오레곤 cal-culations'J에 대한 입자 모폴 .Combustion and Flame, 2002, 129 (1-2) : 30-46 .
'11'Gronli MG, Melaaen MC. 목재 열분해를위한 수학적 모델 mofel Predictions'J'.Energy & Fuels, 2000, 14 (4) : 791-800을 이용한 실험 측정의 비교.
'12'Janse AMC, Westerhout RWJ, Prins W. 단일 목재 입자의 플래시 열분해 .J.Chemical Engineeringand Processing, 2000, 39 (3) : 239-252.
'13'余春江, 周劲松, 廖艳芬, 등.硬 木 热解 过程 中 颗粒 内部 二 次 反應 的 数量 研究 Ⅰ.颗 颗 颗 解 解 解 的 的 的 的 J 'J'J 'J'J 'J'J. , 2002, 30 (04) : 336-341.
'14'Yang YB, Sharifi VN, Swithenbank J, et al. Biomass'J'Energy & Fu-els, 2007, 22 (1) : 306-316의 단 입자에 대한 요약.
'15'Lautenberger C, 목재 'J'의 산화 열분해를위한 Fernandez-Pello C.A mofel. Combustion and Flame, 2009, 156 (8) : 1503-1513.
'16'Peters B, Bruch C. dryingand의 목재 열분해 : 실험 및 시뮬레이션'J'.Journal of Ana-lytical and Applied Pyrolysis, 2003, 70 (2) : 233-250.
'17'He F, Behrendt F. 대형 바이오 매스 입자의 연소 시뮬레이션을위한 새로운 방법 - 부피 반응 모폴과 전면 반응'J '의 조합. 연소 및 화염, In Press, Correc-ted Proof.
'18'LuH, Robert W, Peirce G, et al. 생물학적 입자 연소'J'.Energy & Fuels, 2008, 22 (4) : 2826-2839의 포괄적 인 연구.
'19'ZhangM, Yu J, Xu XA 탄소 입자'J '의 연소에 CO의 산화의 영향을 재발견하는 새로운 불꽃 시트 모넬. 연소 및 불꽃, 2005, 143 (3) : 150 -158.
'20'Arthur JR. 탄소와 산소의 반응 'J'. 패러데이 소사이어티의 거래, 1951, 47, 164-178.
'21'Evans DD, Emmons H. 목탄 재'J'.Fire SafetyJournal, 1977, 1 (1) : 57-66.
'22'Saidi MS, Hajaligol MR, Maiisekar A, 외. 재료'J '의 포장 된 침대에서 정적 및 순방향 연기 연소의 3D mofelingof.Applied 수학 mofelling, 2007, 31 (9) : 1970-1996.
'23'Zhou H, Flamant G, 버블 링 유동층에서의 석탄 연소의 Gauthier D.DEM-LES 시뮬레이션 Part II : 입자 수준 'J'에서의 석탄 연소. 화학 공학 -e neeringScience, 2004, 59 (20) : 4205- 4215.
'24'Tognotti L, Longwell JP, Sarofim AF. 전기 역학적 평형'J'.Symposium (1991), 23 (1)에 관한 심포지움 (Inter-national)에서의 단일 문자 파티클의 고온 산화 생성물 : 1207-1213.
