关键词： 生物质能   氮氧化物   气固两相燃烧   CFD  

摘要： 生物质能是一种可再生的能源,在我国有巨大的储量,在缓解我国对化石能源的依赖方面有重要的作用,且因为其零碳排放的特征,可以助力我国早日实现双碳目标。生物质户用成型燃料锅炉是一种直接燃烧生物质成型燃料颗粒的设备,可用于华北,东北农村地区的散户供暖,具有燃料丰富,供暖成本低的特点,是我国散煤采暖替代政策的重要组成,但存在污染物排放超标的问题。本文以一台额定功率为0.1t/h的小型生物质成型燃料锅炉为研究对象,提出应用计算流体力学(CFD)数值模拟方法对锅炉内的燃烧过程和锅炉的NO排放进行研究,旨在解决小型生物质成型燃料锅炉高NO排放和易积灰结垢的的问题,为锅炉实际运行操作提供理论指导,为生物质能源的大量推广扫清障碍。本研究建立了全尺寸的小型生物质锅炉模型,将炉排对空气的分流作用考虑进去,目的是为了让模型内的流动更贴近实际。并利用UDF耦合多孔介质模型的方式实现了锅炉内的气固两相燃烧,具体实现方式为:将床层固体生物质颗粒的热解过程分为水分蒸发、脱挥发及挥发分燃烧和焦炭燃烧过程,利用C++程序语言将该过程的特征编写为一段代码,利用UDF功能将该代码导入Fluent多孔介质模型作为多孔介质的源项。当多孔介质的温度达到条件后,代码开始发生作用,将不同的组分释放,并与炉膛气流发生能量交换,炉膛气相部分采用Fluent自带的燃烧模型。根据过量空气系数为1.3,锅炉最大功率运行的条件对锅炉模型进行了原始工况的瞬态计算,计算结果表明:当时间达到27s以后,炉膛内的流动和燃烧开始稳定,床层温度为750K左右,炉膛平均温度为950K左右,炉膛内也产生了高温回流区,模型很好的呈现炉膛内的燃烧和流动特征。计算结果与实际的锅炉测试结果进行了对比,结果表明,模型炉膛和出口温度与实际的差距小于20K,但床层温度模型高于实际30K左右,这是因为锅炉模型采取了有限速率模型的原因,燃烧反应的速率比实际块,但总体而言模型是合理且准确的。在模型的基础上,评估了空气分级和烟气再循环措施对降低锅炉NO排放的效果,结果表明:空气分级可以降低床层的氧含量,降低床层的燃烧温度以及炉膛的温度,同时通过降低炉膛燃烧区的氧含量,形成还原性气氛,有效抑制了NO的生成,出口NO、NH和HCN的浓度分别为327.3 mg/m,15.9 mg/m和2.22 mg/m,与原始工况相比,NO的出口排放浓度降低了11%。当在二次空气中掺混烟气后,炉膛氧含量进一步降低,膛内的温度也随之降低,且随着烟气掺混量的增加,对床层温度也产生了影响,锅炉NO的排放浓度也随烟气掺混量的增加而减少。当烟气掺混量为10%时,床层和炉膛温度与原始工况相比下降了30K左右,出口NO浓度少了29.8%。当烟气掺混比例达到20%时,与原始工况相比床层和炉膛温度与原始工况相比下降了50K左右,出口NO浓度降低了46%。当烟气掺混比例达到30%时,床层与炉膛温度降低了80K左右,膛内的还原率为52%,出口NO的浓度为151.3mg/m,与原始工况相比降低了58%。基于此,本研究提出了以20%空气分级+30%烟气掺混量的锅炉优化方案。

关键词： 太阳能   生物质直燃锅炉   农村建筑供暖   系统模拟   效益分析  

摘要： 随着国家“双碳”目标的提出,能源结构加速变革,清洁取暖成为建筑节能领域工作的聚焦点。农村作为大气污染防治重点地区,取暖方式相对落后,燃煤取暖等高能耗、高污染、低效率的建筑采暖方式依然存在。针对这一问题,秦皇岛地区开展了以“光热+生物质”为主,空气源热泵等改造方式为辅的改造工作。本文在现有改造方案的基础上,提出了一种生物质能耦合太阳能联合供暖的系统方案。本文以农户实际需求为出发点,结合港城农村的建筑特点以及生物质燃料的获取方式,参考双热源耦合供暖系统以及生物质直燃锅炉的现有研究,力求降低农户采暖所需经济费用,提高可再生能源利用效率,对传统的双热源耦合采暖系统的连接方式和运行模式进行了创新。为了确定系统运行基本参数,进行了负荷计算和设备选型,构建了太阳能集热器能量平衡、系统能量守恒等数学模型,完成了方案系统的理论分析和设计。本文利用TRNSYS软件建立系统模型并对全工况采暖情况下的系统运行进行了模拟计算;以双热源并联模式下的流量配比为变量,对系统采暖季的3个典型工况日和全年采暖周期运行特性进行了研究。在此基础上,还探究了系统运行条件下集热效率、太阳能保证率等参数的变化,并对该系统进行了优化分析。本文还从经济性、节能性以及环境效益三个方面对所设计的系统进行了评价分析,探讨联用系统在全生命周期内的效益优势,确定联用系统在农村建筑供暖应用推广的可行性。本文设计的太阳能耦合生物质联合供暖系统能够有效提高系统效率,减少大气污染,节约农户取暖成本,对日后农村地区的供暖改造有一定的指导意义。

关键词： 太阳能集热器   真空管   沼气池   集热效率   传热特性  

摘要： 本文建立槽式太阳能集热-生物质能联合供暖系统的物理模型,针对系统的热输入组件槽式真空管集热器,采用数值模拟及正交实验法,通过理论研究得到最佳组合条件;针对系统的产气输出组件(沼气池),采用响应面法得到数据,经过理论研究后得到最优工况;通过上述研究得到的系统瞬态仿真输入参数,通过单因素分析法筛选得出最佳参数,以此对系统瞬态仿真模型进行参数优化,并基于阜新2022年冬至日环境因素,得到系统的瞬态响应及各组分热量变化,旨在进一步提高槽式太阳能集热-生物质能联合供暖系统的工作点效率。(1)对于系统的热输入组件槽式真空管集热器,内插U形流道后的真空集热管,工作流体的努塞尔特数波动率平均降低10.66%;采用正交实验法,以效率综合评分为评价指标,得到内插U形流道的真空集热管各因素影响权重为:A进口流速48.91%>C云量状态24.40%>D倾角21.49%>B进口温度5.20%。(2)针对系统产气输出组件沼气池,采用响应面法,以沼液瑞利数为评价指标,当A-盘管进口流速在0.8m/s至1.6m/s内、B-盘管进口温度在333K至353K内、C-盘管螺旋半径在0.7m至1.7m内时,三因素对于沼液瑞利数影响大小顺序为:盘管螺旋半径>盘管进口温度>盘管进口流速,分析得到最佳工况为:盘管进口流速为1.60m/s,进口温度为352.81K,螺旋半径为1.69m,根据二次拟合回归方程计算得到沼液瑞利数可达147806。(3)采用单因素分析法,得到槽式太阳能集热-生物质能联合供暖系统瞬态仿真的最佳参数为:沼气池盘管的循环水量为0.4kg/s,热用户采暖管道出口水温控制为334.57K,沼气锅炉的出口水温为353.05K,水力停留时间为10d,进料口新增沼液温度经预热后控制为281.41K。该论文有图48幅,表22个,参考文献144篇。

关键词： 生物质能   铜冶炼   液体燃料   废食用油生物柴油   催化热解  

摘要： 在我国转变能源发展方式、大力发展非化石能源的背景下,能源转型升级是有色金属冶炼行业未来发展的必须经历的环节,对我国顺利实现碳中和目标有重要意义。生物质液体燃料中的生物柴油是一种可生物降解和环境可持续的能源,有可能成为石油柴油的替代能源。因此,本研究基于铜熔池中高温和优良的传热传质条件会使得生物柴油快速热解,提出了将铜冶炼过程中使用的传统燃料和还原剂替换为生物柴油的新思路。本研究以废食用油生物柴油（WCO-Biodiesel）为研究对象,重点研究了WCO-Biodiesel在铜熔池熔炼的高温环境下的快速热解和产物的形成机制,分析了铜熔渣（CS）对WCO-Biodiesel的催化热解特性,为生物质液体燃料在冶金行业的成功应用提供理论基础。研究首先对WCO-Biodiesel和WCO-Biodiesel与CS混合物（质量比1:10）展开了热重分析（TGA）。根据TGA分析,使用Starink（STR）、Kissinger-Akahira-Sunose（KAS）和Flynn-Wall-Ozawa（FWO）法计算了WCO-Biodiesel非催化热解和CS催化WCO-Biodiesel热解的动力学参数和热力学参数。非催化热解的活化能（E）为105.25～218.86 k J/mol;指前因子（A）为2.86×10～9～2.53×10 s。CS催化热解的E为62.87～101.48 k J/mol;A为2.12×10～5～1.51×10～9 s。结果表明,CS会减少热解反应过程的E。热解反应机理并没有因为CS的影响而发生明显变化,反应机理随转化率的变化趋势与成核模型和扩散模型（级数=1）保持一致。其次,进行了WCO-Biodiesel非催化高温快速热解和CS催化WCO-Biodiesel高温快速热解实验,研究了温度和CS对WCO-Biodiesel热解气体、液体和固体产物分布的影响,气体产物的释放特性,液体产物的组成和积碳产物的物化特性。根据对热解产物的分析,研究了WCO-Biodiesel高温快速热解反应的裂解机理和主要热解产物的形成路径。结果表明,在CS的催化作用下,长链产物会进一步热解,促进了更多的气体产物的生成,降低了液体产物和积碳产物的生成,并改变积碳产物的粒径。随着温度的升高,液体产物中的组分会在CS的影响下进一步转变为多环芳烃,多环芳烃进而形成积碳。最后,研究了WCO-Biodiesel的热解产物对CS中铁氧化物的还原作用。在FeO被Coke还原为FeO的过程中,还原反应的开始温度为960.76℃,根据模型拟合法（Coats-Redfern）计算出表观活化能E值为439.53 k J/mol,A值为4.54×10 s。还原过程遵循界面为极限表面反应,阶数n=2（R2）。

关键词： 生物质能   秸秆   能源消耗   环境影响   颗粒燃料   全生命周期评价  

摘要： 以秸秆和煤为原料制备复合颗粒燃料,利用全生命周期评价方法,研究颗粒燃烧取暖全生命周期过程中的能源消耗和环境影响。结果表明:颗粒燃料取暖全生命周期过程中能量投入为908 MJ/t,燃烧释放热量15490 MJ/t,能量产出投入比为17.1,能源转化效率较高。颗粒燃料的能量投入主要来自玉米种植,种植过程中的氮肥使用消耗较多能量。对气候变化(GWP)和酸化(AP)贡献较大的清单数据为颗粒燃料的燃烧,其中燃烧污染物排放的直接贡献最大,贡献率分别为53.22%和46.08%;对水资源消耗(WU)贡献较大的清单数据为颗粒燃料的压制,贡献率为71.56%;对富营养化潜值(EP)贡献较大的清单数据为颗粒燃料燃烧后的废渣排放,贡献率为43.40%。

关键词： 生态农业   乡村振兴   大中型沼气站   生物质能   生态庄园经济  

摘要： 实现乡村全面振兴需要现代农业的发力,而生态农业作为现代农业的可持续发展模式,在推进乡村振兴和生态文明建设方面,发挥着不容忽视的作用。鉴于此,该文具体分析了乡村振兴视域下的生态农业发展现状,并据此探讨了可行的应对策略,旨在推动生态农业的良好发展。

关键词： 能源产业发展   能源体系   综合能源系统   分布式能源   能量需求   新能源消纳   生物质能   能效提升  

摘要： 随着我国能源生产和消费模式发生重大转变,在“建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系”背景下,新时代能源产业发展亟须构建综合能源系统[1]。综合能源系统在一定区域内利用先进技术和管理模式,整合电能、煤炭、天然气、太阳能、风能、地热能、生物质能等多种能源形态,实现多异质能源子系统之间的协同运行和管理,满足消费主体的冷、热、电等能量需求,促进新能源消纳和能效提升[2]-[3]。

关键词： 生物质能   课程评教   改进策略  

摘要： 《生物质能转化原理与技术》是新能源科学与工程专业学生的核心基础课程,主要讲述生物质能的基本理论及各种生物质能转化技术的原理与应用。课程评教是高校教学质量评价的重要环节,对提升教学质量具有重要的辅助作用。本文首先对《生物质能转化原理与技术》课程的教学方案进行了简要阐述,然后对该课程的评教结果进行了详细分析,并对评教结果中反馈的不足之处提出了可供参考的改进策略。本文旨在促进课程评教在教学中发挥更有效的作用。

关键词： 生物能源   生物燃料   可持续性   清洁能源  

摘要： 当前中国的能源挑战围绕着能源转型展开。根据相关会议精神,中国政府设定了到2060年实现碳中和的目标,主要能源供应由煤炭逐步转换为清洁能源,这是实现此目标的重要途径。本文选择了在我国发展缓慢的生物质能源进行分析。对生物质能资源的评价表明,我国生物质资源储量巨大,这与我国是一个农业大国,但利用率较低有着直接关系。积极的一面是政府越来越重视生物质能源的发展,并投入了更多的财政资源支持生物质项目的发展。认为生物质的整体环境效益远远超过其局限性,对于中国未来的可持续城市建设和可持续能源转型,生物质能的发展将起到至关重要的作用。

关键词： 倍增计划   电力装机容量   海上风电   浙江省嘉兴市   生物质能   《规划》   因地制宜   光伏  

摘要： 12月7日,浙江省嘉兴市人民政府印发了《嘉兴市可再生能源发展“十四五”规划》(以下简称“规划”)。《规划》明确,大力发展风电、光伏,实施“风光倍增计划”,因地制宜发展生物质能等。至2025年,嘉兴境内电力装机容量达到1870万千瓦左右,其中光伏装机达到470万千瓦,占比25%;风电装机达到73万千瓦,占比接近4%。