او Fang، جی Jianwen، وانگ Lihong، گائو Zhenqiang، لی Yongjun
چکیده: پلت فرآیند احتراق زیست توده محاسبه شده است استفاده زیست توده، تجزیه و تحلیل روند و آتش جامد شهری زباله سوز پایه و اساس توسعه فن آوری از دقت و صحت محاسبات مربوط به نتایج بستگی به مدل ریاضی مورد مطالعه مشکلات فیزیک به درستی خلاصه تا زیست توده. مدل شامل احتراق ذرات منطقه واکنش تطبیقی مدل سطح مدل واکنش و حجم مدل واکنش، اشاره مدل سطح پاسخ اقتباس برای محاسبه روش کنترل انتقال و حجم مدل واکنش اقتباس شده است برای محاسبه کنترل قدرت یا کنترل مشترک انتقال قدرت روند. خلاصه خشک کردن، تجزیه در اثر حرارت فیزیکوشیمیایی، اکسید کربن و تغییر تکانه، گرما و معادله انتقال جرم و پارامترهای اصلی درگیر در معادله. نتایج نشان داد که این پارامترها معادلات تفاوت قابل توجه و، هنوز هم کمک انتخاب مدل مطالعه تجربی.
0 مقدمه
در حال حاضر، احتراق مستقیم بیش از 90 درصد از تمام کاربردهای زیست توده را تشکیل می دهد. به دلیل دشواری خرد کردن زیست توده از "1" و کاربرد وسیع آلودگی های ذرات معلق، اندازه بزرگ (2mm-150mm، اندازه ذرات هنگام سوزاندن ذغال سنگ<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｡
ذرات بزرگ فرآیند احتراق زیست توده بسیار پیچیده، از جمله مواد داخلی و خارجی گرما تبدیل ممکن است گاز اکسیداتیو های شیمیایی، برای خشک کردن زیست توده، تجزیه در اثر حرارت، تبدیل به گاز اکسیداسیون کاراکتر، احتراق فرار و دیگر فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی در محیط متخلخل حرکت، گرما، انتقال انتقال کیفیت، و غیره علاوه بر این، نیز به یک انقباض ذرات مربوط، توسعه ترک درونی، خاکستر ذوب و تجزیه و تحلیل ریاضی دشوار جدا شدن.، شبیه سازی یک روش موثر محاسبات نظری است. مدل ریاضی از هر یک از مراحل بالا توضیح آنالوگ است نتایج کلیدی از دقت و صحت. در این مقاله به طور خلاصه و تجزیه و تحلیل یک مدل ریاضی که شامل عمدتا سوزاندن ذرات زیست توده، به ارائه یک مرجع برای مدل های نظری و توسعه فرآیند احتراق.
1 فرایند احتراق ذرات زیست توده در محاسبه مدل دخیل است
هنگامی که، اگر در ترک ویژگی شبیه سازی مهندسی یا خاکستر تخصص نیست، به طور کلی تاثیر آنها بر روند و به دلیل پیچیدگی از این روند، به جز چند سه بعدی، مدل دو بعدی توصیف ذرات احتراق را نادیده بگیرد، بسیاری از اسناد مدل یک بعدی هستند. برای روش تقسیم ذرات نامنظم، یک واحد محاسبه مدل بعدی (کنترل بدن) زیر '4': سطح خارجی ذرات از سطح پایه، گرفته شده به عنوان ضخامت دکتر واحد مسکن خارجی ترین و سپس به واحد داخلی. سطح یک سطح پایه است، برای بعدی گرفته شده است به یک واحد مسکونی ضخامت دکتر، به نوبه خود، تا زمانی که مرکز اندازه فیزیکی ضخامت سلول یا کمتر، این نهاد آخرین واحد محاسبات، برای مثال یک روش بدن تقسیم کنترل ذره استوانه ای نشان داده شده در شکل 1 است برای سادگی، اگر فضای مربوط، به طور عمده اشاره به یک بعدی مدل خواهد شد بعد از بحث شده است.
مدل منطقه 1.1 واکنش
بزرگ احتراق ذرات زیست توده مربوط خشک تجزیه در اثر حرارت فیزیکوشیمیایی، اکسیداسیون کاراکتر و فرآیندهای دیگر. مطالعات نشان داده اند که این ذرات خشک شده انتقال حرارت کنترل شده، انتقال جرم توسط اکسیداسیون زغال چوب، تجزیه در اثر حرارت / تبدیل به گاز کاراکتر کنترل شده و به طور مشترک توسط انتقال قدرت کنترل می شود. کنترل فرآیند انتقال معمولا در یک منطقه کوچک است که به دلیل انتقال حرارت و یا مواد به منطقه واکنش است که به سرعت مصرف می شود، هیچ انتقال انتشار بیشتر را می توان به عنوان یک سطح واکنش ساده رخ می دهد. با این حال، به طور مشترک توسط قدرت و انتقال قدرت و یا واکنش طور کلی کنترل در یک منطقه گسترده، حجم نمونه ای از واکنش رخ می دهد. از آنجا که از این ویژگی، یک مدل واکنش سطحی معمولی (frontreactionmofel) محاسبه حجم ذرات واکنش یا احتراق مدل (volumereactionmofel).
مدل واکنش 1.1.1 سطح
مدل سطح واکنش فرض یک واکنش شیمیایی / تغییرات فیزیکی در واکنش سطحی بی نهایت نازک، سطح واکنش را می توان با واکنش نقل مکان کرد. این مدل مورد استفاده برای محاسبه سولفات و فرآیند اکسیداسیون کاراکتر، کربن اوایل Caram'5، پیشنهاد شده توسط احتراق واحد فیلم، مدل فیلم فرض کربن واکنش دو تنها در سطح جامد رخ می دهد، Cano'6، فرض یک جبهه احتراق (combustionfront) بین هسته و پوسته زغال چوب خاکستری در هنگام محاسبه ذرات خاک احتراق .Gupta'7 "فرضیه اکسید کربن در سطح ذرات کربن رخ می دهد. او آریل '8' در محاسبه فله و همکاران طبیعت سوختن زغال چوب downwardly (شبیه به احتراق داخلی ذرات بزرگ)، فرض بر این است که واکنش اکسیداسیون بین لبه پیشرو در لایه خاکستر و لایه کربن رخ می دهد. همچنین بود واکنش کل مدل شبیه سازی سطوح فرایند سوزاندن زیست توده (خشک کردن، تجزیه در اثر حرارت و اکسیداسیون کاراکتر). برای مثال Ouedrago'9 چهره از واکنش فرض در 773K دمای تجزیه در اثر حرارت رخ می دهد، اکسیداسیون کاراکتر در سطح بلوک .Thunman'10 رخ می دهد، مواد ذرات فرض به منطقه مرطوب، منطقه تجزیه در اثر حرارت، و باقی مانده منطقه کربن خاکستر پارتیشن احتراق ذرات، بسیار خشمگین فرض منبع خشک شده و اکسیداسیون کاراکتر در مناطق رابط .Galgano'2 رخ می دهد، همچنین فرض خشک کردن و حرارت راه حل در بسیار نازک است در، و اعمال روش برای محاسبه انتگرال خشک کردن انتشار و تجزیه در اثر حرارت در سطح ذرات.
1.1.2 مدل واکنش حجم
دوره از مدل واکنش (volumereaction) فرض می شود که کل جرم واکنش، سرعت واکنش است که توسط یک نقطه که در آن درجه حرارت، ترکیب گاز-جامد، و غیره مورد استفاده برای محاسبه فرایند تجزیه در اثر حرارت تعیین می شود. به عنوان مثال Groni'11، Janse'12 و یو Chunjiang 13 را در استفاده از توده ای درون کل ذرات زیست توده، حرکت و انرژی حفاظت، معادله واکنش شیمیایی و معادله انتقال جرم حرارتی برای فرآیند پیرولیز شبیه سازی شد. همچنین بسیاری از محققان به طور مستقیم توسط حجم مدل واکنش احتراق کل ذرات زیست توده محاسبه وجود دارد فرایند، به عنوان مثال، معادلات Porteiro'4 و حفاظت از قدرت برای کل بلوک استفاده می شود.
خشک کردن فرض تنها در دو بخش محاسبات رخ می دهد، سرعت خشک کردن است نرخ انتقال حرارت را به داخل سلول تعیین می شود؛ Arrehnius کاراکتر میزان اکسیداسیون با استفاده از معادلات توصیف، پارامترهای معادله افزوده نشان دهنده جذب و دفع منطقه (innersurface) .Yang'14، با استفاده از یک مدل دقیق تر ریاضی برای احتراق چوب، با توجه نه تنها مختلف تار حفاظت، حمل و نقل و معادله دینامیکی نیز در اندیشه ترک خوردگی، سوزش، و غیره مواد فرار .Lautenberger'15 نیز حجم مدل بلوک واکنش استفاده فرآیند اکسیداسیون و فاضلاب، فرایند خشک کردن با استفاده از معادله آرنه نویوس توصیف شده است.
1.1.3 مقایسه دو مدل
از آنجا که تنها پیچیدگی محاسباتی از واکنشهای شیمیایی سطحی واکنش، مدل سطح تا حد زیادی ممکن است برنامه محاسبه زمان واکنش کوتاه کند. با این حال، این روش تنها به فرایند کنترل انتقال قابل اجرا است، حجم واکنش نمی تواند محاسبه دقت کمی. به طور مشابه، حجم مدل واکنش برای این روش کنترل انتقال محاسبه بسیار دشوار است، معادلات شدت بسیار منحصر به فرد در منطقه واکنش منجر به محاسبه غیر همگرایی، حتی با روش های بهینه سازی نیاز به فضای کمتر و زمان گام، محاسبه شده است بسیار وقت گیر، حجم به روش واکنش احتراق با استفاده از محاسبه 10mm و ذرات بیولوژیکی مورد نیاز ده ها ساعت.
پترز 16 بررسی شدت فسیلی ذرات 8-17 میلیمتر در دمای 900 درجه سانتیگراد را انجام داد و نتیجه گرفت که در این شرایط خشک شدن با انتقال حرارت کنترل می شود و پیرولیز با انتقال و قدرت کنترل می شود. '8' محاسبه حالت طبیعی تونر سپرده downwardly سوختن به این نتیجه رسیدند، به طور عمده انتقال جرم اکسید کربن کنترل ذرات بزرگ احتراق زیست توده انتقال قدرت و انتقال کنترل از کنترل مشترک واکنش وجود داشته باشد، در حال حاضر نیاز به مطالعه از دو مدل ترکیبی از روش محاسبه، او Fang '17 و دیگران اکتشاف اولیه را در این زمینه انجام داده اند.
1.2 فرایند شیمی فیزیکی
در حال حاضر، وجود دارد به طور گسترده ای خشک کردن، تجزیه در اثر حرارت، اکسیداسیون کاراکتر، احتراق فرار و دیگر فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی از معادلات، تفاوت زیادی در میزان پیچیدگی از انواع مختلف راکتور از معادله Arrehnius مربوط به توصیف کرد. در تجزیه در اثر حرارت، برای مثال، یک ساده ده ها تن معادله معادله پیچیده به نفع در درک عمیق از این روند، اما از منظر برنامه های مهندسی، معادلات بیش از حد پیچیده به راحتی به مشکلات مشکل را حل کند منجر شود، محاسبات مهندسی رو به طور کلی استفاده نمی شود معادله به ویژه پیچیده زیر خلاصه چند ادبیات معمولی معادله توصیف فرایند فیزیکوشیمیایی.
1.2.1 خشک شدن
در شرایط فرآیند خشک کردن احتراق زیست توده می گیرد در دمای بسیار بالا (500 ℃)، خشک شده و به طور کلی (<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:
مفاهیم تئوری کنترل انتقال روشن، که واکنش در یک سطح بسیار نازک رخ می دهد، و برخی از یافته های سازگار هستند 2، 16 خشک کردن سینتیک معادلات توصیف عددی به راحتی، اما برخی از گرم و خشک که در عدم فعلی پارامترهای جنبشی آزمایشی
1.2.2 pyrolysis
در ادبیات تفاوت های قابل توجهی که شامل تجزیه در اثر حرارت جنبشی اشکال معادله یا از لحاظ پارامترهای از فرم معادله، به سه نوع زیر تقسیم می شوند وجود دارد. فرضیه اول فرار زیست توده تجزیه در اثر حرارت و کاراکتر به طور مستقیم با استفاده از یک معادلات سرعت واکنش توصیف سطح Arrehnius به عنوان معادله Yang'14 است استفاده می شود:
1.2.5 کربن اکسیداسیون
لازم به ذکر است که اکسیداسیون کربن در فرآیند احتراق زیست توده بسیار مهم است، تعیین زمان سوختگی، نسبت هوا اولیه و ثانویه و سایر پارامترهای مهم است. اکسیداسیون کربن دارای سابقه پژوهش، مدل نمونه در قرن گذشته به طور عمده تنها فیلم و یک مدل مدل فیلم دو، یک مدل فیلم تنها فرض می شود که دی اکسید کربن به طور مستقیم بر روی سطح جامد اکسید می شود. مدل غشای دولایه فرض می شود که اکسیداسیون سطح کربن منوکسید کربن (CO) به بیرون انتشار و سطح شعله نازک به سرعت به CO2 اکسید می شود. بعد، Amundson و همکاران پیشنهاد یک مدل فیلم پیوسته، اکسیداسیون CO که ممکن است در سراسر مدل لایه مرزی یک فیلم پیوسته رخ می دهد بسیار پیچیده، دشوار است به استفاده در محاسبه، ژانگ مینگ چوان، 19 'و همکاران استفاده یک شعله ی در حال حرکت مدل فرایند CO سوزاندن در لایه مرزی.
ترکیبی از محصولات اولیه از اکسیداسیون مونوکسید کربن و دی اکسید کربن محاسبات مهندسی و شبیه سازی مهندسی اغلب در نظر گرفته. در مورد که در آن شرایط اجازه دهد، مونوکسید کربن خواهد بود که محصول اولیه اکسیداسیون فاز گاز از ثانویه شیوه ای شعله احتراق در فضاهای بزرگ. محصول واکنش اکسیداسیون اولیه و نسبت مولی CO / CO2 به صورت معادله بیان می شود:
1.3 فرایند انتقال
بسیاری از حرکت محیط متخلخل، جرم و مدل انتقال حرارت را محاسبه فرایند احتراق ذرات به طور عمده در ادبیات بر انتقال از روش محاسبه عهده گرفت، و یک معادله محاسبه ضریب در جدول 1 نشان داده شده.
1.3.1 انتقال لحظه ای
زیست توده جنبش گاز احتراق در محیط متخلخل، به ویژه بخار آب تولید شده توسط فرایند خشک کردن مربوط، مواد فرار تولید شده در طول نقاط تجزیه در اثر حرارت ذرات مجبور جریان سرعت شارش گاز از ذرات استفاده شده در دو روش : اول فرض کنید که گاز بلافاصله (خروجی فوری) "4، 10، 16" جریان می یابد و دیگر فرض می کند که جریان با قضیه Darcy موافق است.
1.3.3 انتقال جرم
انتقال اکسیژن در داخل ذرات کربن تعیین میزان مصرف، و بنابراین، در محاسبه انتقال جرم، ملاحظات عمومی انتشار اکسیژن و همرفت ناشی از جریان گاز، همچنین برخی از انتشار ادبیات در نظر گرفته اجزای دیگر بیشتر است. ضرایب انتشار RMS (محصول ضریب انتشار و تخلخل):
البته، در مقادیر ضریب انتشار یا روش محاسبه گازهای باقیمانده در ادبیات، اختلاف زیادی وجود دارد که در اینجا جزئیات آن توضیح داده نشده است.
2 نتیجه گیری
1) مدل سازی منطقه واکنش، مدل سطح پاسخ برای محاسبه کنترل انتقال از واکنش، مانند خشک، اکسید کربن، و غیره حجم مدل واکنش اقتباس شده است برای محاسبه قدرت و انتقال کنترل قدرت یا واکنش در کنترل، مانند واکنش های تجزیه در اثر حرارت.
2) مدل موجود در فرایندهای شیمیایی و فیزیکی، معمولا دو خشک کردن - مدل حمل و نقل گرما و یک فرمول مدل کنترل Arrehnius؛ سه راکتور تجزیه در اثر حرارت - یک مدل رآکتور واحد، سه مدل واکنش موازی و با توجه به سه تار موازی مدل ترک خوردگی واکنش (واکنش در مجموع از پنج)، مصرف ساده از کاراکتر کربن و واکنش اکسیداسیون کاراکتر را به بخار آب حساب و مانند آن؛ بخش فرار از ادبیات فرض شده است که احتراق در فاز گاز ذرات احتراق تاثیر نمی گذارد، بخشی در نظر گرفته از هیدروکربن فرار، مونوکسید کربن و احتراق هیدروژن. مکانیزم واکنش و پارامترهای جنبشی واکنش در ادبیات مختلف به طور قابل توجهی متفاوت بود.
3) مدل فرایند انتقال، محاسبه انتقال حرکت در دو مدل - مدل جریان مدل انتقال قضیه سریع و دارسی، استفاده از انتقال حرارت گاز-جامد بیشتر فرض بر این است تعادل ترمودینامیکی، ملاحظات عمومی رسانش و همرفت، به در نظر گرفتن تابش چند (شار حرارتی تابش)؛ همرفت انتقال جرم و انتشار اکسیژن توجه اصلی، چند در نظر گرفتن تمام نفوذ گاز ضریب انتقال جرم حرارتی طور قابل توجهی متفاوت.
منابع
، 1'Loo SV، Koppejan J.The کتاب زیست توده combus روش و همکاری firing'M'.London، Earthscan: 2008.
، 2'Galgano A، DI BLASI C، هوروات A، ET al.Experimental اعتبار سنجی یک mofel جامد و فاز گاز همراه برای احتراق و تبدیل کردن به گاز از چوب Logs'J'.Energy و سوخت، 2006، 20 (5): 2223-2232.
'3' لو چن یان، زونگ شانشان، پون چی خورشید، مانند هنگ کنگ، گوانگژو، Foshan و پکن ترکیب زباله های شهری مقایسه و پردازش استراتژی "J" محیط زیست علوم، 1997، 17 (02): 58-61.
، 4'Porteiro J، گرانادا E، کولازو J، همکاران al.A mofel برای احتراق ذرات زیادی از Densified Wood'J'.Energy و سوخت، 2007، 21 (6): 3151-3159.
، 5'Caram HS، Amundson NR.Diffusion و واکنش در یک BoundaryLayer راکد در مورد یک Particle'J'.Industrial کربن و EngineeringChemistryFundamentals، 1977، 16 (2): 171-181.
، 6'Cano G، Salatino P، اسکالا FA mofel ذره احتراق بستر سیال از یک ذره کاراکتر با خاکستر اسکلت شرکت اران: برنامه برای فاضلاب گرانول sludge'J'.Fuel ProcessingTechnology، 2007، 88 (6): 577-584.
، 7'Gupta P، Sadhukhan AK، ساها RK.Analysis از واکنش احتراق کربن و زغال سنگ قهوه ای کاراکتر با igni روش و انقراض پدیده: Shrinkingsphere mofel، J'.International مجله سینتیک شیمیایی، 2007، 39 (6): 307 -319.
، 8'He F، Zobel N، ZHA W، همکاران al.Effects فیزیکی سرپا نگه داشتن-erties در یک بعدی کاراکتر smolderingof رو به پایین: analysis'J'.Biomass عددی و بیوانرژی، 2009، 33 (8): 1019-1029.
'9'Uuedraogo A، Mulligan JC، Cleland JG.A تجزیه و تحلیل شکنندگی و تجزیه و تحلیل جامد چوب احتراق JJ.Com-bustion و شعله، 1998، 114 (1-2): 1-12.
'10'Thunman H، Leckner B، Niklasson F، et al.Combus-tion از ذرات چوبي - ماتريكس مشتق شده براي جوشکاري Eulerian'J.Combustion and Flame، 2002، 129 (1-2): 30-46 .
'11' Gronli MG، Melaaen MC. مفهوم ماتریال برای پیلوریس چوب با مقایسه اندازه گیری های تجربی با پیش بینی Mofel JJ.Energy & Fuels، 2000، 14 (4): 791-800.
'12'Janse AMC، Westerhout RWJ، Prins W.mofelting از فلیلیس فلزی از یک ذره چوب تنها' J.Chemical Engineering and Processing، 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 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 YB، Sharifi VN، Swithenbank J، et al. ترکیب ذرات تک جرمی' J.Energy & Fu-els، 2007، 22 (1): 306-316.
'15'Lautenberger C، فرناندز پلو C.A. مفتل برای pyrolysis اکسیداتیو wood'J '. احتراق و شعله، 2009، 156 (8): 1503-1513.
'16'Peters B، Bruch C.dryingand pyrolysis of wood parti-cles: experiments and simulation'J.Journal of Ana-lytical and Applied Pyrolysis، 2003، 70 (2): 233-250.
'17'He F، Behrendt F. روش جدید برای شبیه سازی احتراق یک ذره بزرگ زیست توده - ترکیبی از واکنش حجمی موفل و واکنش مقابل تقریبی' J'.Combustion و شعله در مطبوعات، اثبات Correc-Ted.
'18'Lu H، Robert W، Peirce G، et al.Comprehensive Study of Combustion ذرات زیست توده' J.Energy & Fuels، 2008، 22 (4): 2826-2839.
'19'ZhangM، یو J، Xu XA ورقه شعله جدید mofel برای بازتاب اثر اکسیداسیون CO در ترکیب اتم ذرات کربن' J'.Combustion و شعله، 2005، 143 (3): 150 -158
'20'Arthur JR. واکنش بین کربن و اکسیژن' J. معاملات از FaradaySociety، 1951، 47، 164-178.
'21'Evans DD، Emmons H.Combustion of wood charcoal'J.Fire SafetyJournal، 1977، 1 (1): 57-66.
'22'Saidi MS، Hajaligol MR، Mhaisekar A، و غیره 3D mofelingif فرسایش استاتیک و فرسوده ترمیم در یک تخت بسته بندی شده از Materials'J'.Applied mufelling ریاضی، 2007، 31 (9): 1970-1996.
'23'Zhou H، Flamant G، Gauthier D.DEM-LES شبیه سازی از احتراق زغال سنگ در یک تخت بطری فلوئید شده قسمت دوم: احتراق زغال سنگ در سطح ذرات JJ.ChemicalEngi-neeringScience، 2004، 59 (20): 4205- 4215
'24' Tognotti L، Longwell JP، Sarofim AF. محصولات اکسیداسیون درجه حرارت بالا از یک قطعه واحد در یک تعادل الکترو دیامیکال JJ.Symposium (بین المللی) در احتراق، 1991، 23 (1): 1207-1213.
