工業(yè)用生物燃油燃燒機的設計理論及實驗研究.pdf

1、能源作為人們?nèi)粘Ｉ?、社會文明進步和經(jīng)濟發(fā)展的主要物質(zhì)基礎，隨著人們的過度開采，石油、煤炭、天然氣等資源越來越匱乏，甚至在21世紀中葉將有部分化石燃料被耗盡。另外，在我國不僅能源消耗巨大，而且能源利用率低、能源消費結(jié)構(gòu)失衡，使得環(huán)境污染嚴重，據(jù)統(tǒng)計，目前我國二氧化碳的排放總量僅次于美國居世界第二位，二氧化硫的排放量居世界第一，而我國二氧化碳排放量的70％、二氧化硫排放量的90％，氮氧化物排放量的66.7％均來自化石燃料的燃燒。為了減緩能

2、源危機和環(huán)境污染，人們開始尋找開發(fā)利用新型能源。生物質(zhì)能作為一種清潔無污染的能源，被很多國家廣泛接受，特別將生物質(zhì)能熱裂解成生物燃油等液體燃料被西方發(fā)達國家廣泛利用。但由于生物燃油燃燒困難，利用傳統(tǒng)的燃燒設備燃燒生物燃油會帶來很多不利影響，而生物燃油卻缺少專用的燃燒設備，這不僅阻礙了生物質(zhì)裂解制燃油技術(shù)的發(fā)展，更加影響了生物質(zhì)能的合理化利用。因此，本文以國家863項目“斜板槽式低能耗精控加熱型生物質(zhì)快速裂解制生物燃油及混合乳化新技術(shù)”為

3、依托，收集和查閱了國內(nèi)外有關(guān)燃油燃燒機的大量文獻、資料，并對其進行了深入的學習和研究，以節(jié)能減排、將生物燃油進行充分霧化燃燒、降低生產(chǎn)成本為目的，并結(jié)合本實驗室前期的相關(guān)研究成果和經(jīng)驗，設計一種適用生物燃油燃燒的燃燒機，具有重大實際經(jīng)濟意義、能源安全意義、環(huán)境保護意義和可持續(xù)發(fā)展意義。
　　通過對玉米秸稈而制取的生物燃油的性能實驗，對生物燃油粘性、閃點、密度、水分等特性進行了實驗研究，并與柴油的特性進行比較。在生物燃油性能實驗基礎

4、上，利用Zeldovich燃燒理論、熱理論對生物燃油的燃燒過程、燃燒基本理論、火焰?zhèn)鞑ダ碚撨M行分析，并對生物燃油燃燒熱動力學進行分析。從而建立了生物燃油揮發(fā)段和燃燒段的動力學機理特性，為生物燃油的燃燒特性研究提供了理論依據(jù)。實驗結(jié)果表明:該生物燃油的燃燒可分為三個階段，即輕組分揮發(fā)、重組分裂解和焦炭燃燒。
　　對生物燃油的燃燒方式、影響升溫速率的因素進行了研究，并對生物燃油的粘度、表面張力、氣液質(zhì)量流量、密度及噴嘴結(jié)構(gòu)等對其霧化特

5、性產(chǎn)生影響的參數(shù)進行了分析。同時，對生物燃油燃燒所需的理論空氣量和實際空氣量進行了理論計算，得出實際空氣量V應為6.37 Nm3/kg，為后續(xù)燃燒機的結(jié)構(gòu)設計做前期準備。
　　本文以能夠為年產(chǎn)10000噸生物質(zhì)裂解制生物燃油生產(chǎn)裝備供熱的燃燒機為依據(jù)，對生物燃油燃燒機進行了理論研究和設計，重點對燃油供給系統(tǒng)、噴嘴結(jié)構(gòu)、供風系統(tǒng)進行設計。通過計算得到了生物燃油燃燒機的噴嘴直徑為4.59mm，霧化角度為98°，為達到設計要求為該燃燒機

6、配備了四個可同時進行噴油霧化的噴嘴，同時為了使由玉米秸稈而制取的生物燃油接近于柴油的性能，需將該生物燃油預熱到70℃后進行燃燒。
　　利用FLUENT流體分析軟件對生物燃油燃燒機霧化和燃燒過程進行數(shù)值模擬。其中，包括數(shù)學模型的建立，網(wǎng)格的劃分，邊界條件、迭代參數(shù)的設置等工作。通過模擬結(jié)果分析表明:霧化后的燃油粒徑均勻、顆粒大小適中，油霧速度高達46m/s，且由噴嘴噴出的油霧溫度達473K，縮短了生物燃油的預燃期，滿足設計要求。燃燒

7、后的生物燃油溫度可達2500K，達到了工業(yè)所需溫度。同時，生物燃油燃燒在回流區(qū)存在負壓-3.87Pa，可保證生物燃油與二次霧化空氣進行充分混合，從而為生物燃油的完全燃燒提供了充足的氧氣，同時也提高了燃燒效率。
　　最后，對本文所設計的生物燃油燃燒機樣機進行了實驗，通過噴霧性能實驗，確定了噴嘴結(jié)構(gòu)、噴射壓力，并根據(jù)生物燃油溫度對噴霧過程的影響，確定了最佳噴嘴直徑、噴射壓力和燃油溫度。通過生物燃油燃燒機燃燒和優(yōu)化控制實驗，分析了旋流強