解决生物质固体燃烧分析中两个关键问题的新方法

根据生物质内部固体燃烧过程中：干燥由热传输控制，炭氧化由质传输控制，热解/炭气化由动力和传输共同控制的特点，提出将面反应和体积反应方法相结合模拟该过程，解决目前该过程定量计算速度太慢的问题。根据生物质固体燃烧和粉体阴燃在热化学转化和热质传输方面无本质区别的特性，提出应用自然阴燃实验检验生物质内部固体燃烧控制方程，解决过程分析中控制方程选取困难的问题。.以生物质粉一维向下自然阴燃为媒介，通过对过程控制方程研究、数值模拟方法研究、过程特性理论计算研究，过程特性系统实验研究，实现（1）面反应和体积反应方法相结合的模拟方法的建立；（2）生物质固体燃烧过程各控制方程的确定。这两个关键问题的解决，将会使各类生物质燃烧设备的准确、快速分析成为可能。这种新方法的成功，将可以应用到各种大颗粒固体燃料燃烧问题的分析中，有力推动固体燃烧理论的发展。

大颗粒生物质燃烧应用广泛，其过程计算和实验十分困难。本研究根据生物质燃烧过程中，同时存在面反应和体积反应的特点，提出采用面反应和体积反应方法相结合，解决目前该过程定量计算速度太慢的问题。根据生物质固体燃烧和粉体阴燃在热化学转化和热质传输方面无本质区别的特性，提出应用自然阴燃实验方法研究生物质燃烧过程机理。. 目前课题已顺利完成，主要工作如下：（1）通过模型和计算方法研究，总结了生物质燃烧颗粒模型；建立了面反应和体积反应相结合的模拟方法，提出了模拟收缩问题的两步法。编制了相应的程序，并对大颗粒生物质燃烧过程进行了计算，预测结果和实验基本一致。该模拟方法计算速度快，结果可靠。（2）建立了准一维向下阴燃实验台。实验研究了物料种类、含水率、孔隙尺寸对阴燃温度，阴燃中干燥、炭氧化前沿的移动速度，灰分、裂纹、气体成分等的影响。结果表明：阴燃床层的最高温度仅略受物料种类和孔隙尺寸的影响；炭氧化前沿的传播速度由炭堆积密度和灰分含量控制，含水率对其影响较小；即使绝干的碳氢原料，阴燃中也有干燥前沿。干燥前沿的传播速度和含水率有关。床层裂纹由物料种类和颗粒尺寸决定。（3）探索了生物质小型应用方式，发现生物质阴燃供暖是北方农村自发推广应用的一种较为普遍的方式，生物质铡碎料直燃小锅炉可以和园林废弃物处理结合，提供环保的处理应用方式。本研究建立的模拟方法，可广泛用于生物质各种热化学反应过程的计算中。实验所得结果可以为阴燃和燃烧的应用提供参考。同时，为生物质应用探索了实用途径。. 整个研究到目前为止共录用和发表期刊论文13篇，其中，“combustion and flame”， “fire safety journal”上各1篇。申报发明专利1项。培养硕士生3名。