中文摘要：

以高效、低污染的生物质与煤流化床混燃技术为背景，采用理论分析、实验研究和数值模拟相结合的研究思路，针对气固流动非线性及其与热解/燃烧相耦合的特点。在多套冷态流化床内，从多相流动角度剖析气固混合射流特性与多射流的相互作用机制；在自行研制的可变气氛射流热解/燃烧装置上，从化学反应角度认识生物质及其与煤快速热解和进一步裂解的转化规律，获得相应的动力学模型；进而采用多相计算流体动力学方法建立描述气固传递和反应耦合的综合数学模型，在商业化软件平台上通过增加用户自定义子程序，完成相应的数值模拟，以此来分析高速射流对流化床内煤与生物质共燃过程中流动、混合/分离、传热及其热化学反应的影响行为。旨在为"基于射流调控的生物质与煤循环流化床共燃技术"工程化应用提供理论指导和基础数据，其结果对类似过程也有一定的指导作用。

结论摘要：

循环流化床以其固有的燃料适应性广及污染物排放少等优势，被广泛应用于洁净煤燃烧。本项目率先提出了“基于射流调控的循环流化床煤与生物质混燃”，并设计了“从过程机理出发考察化学反应特性”和“从工程开发角度考察传递特性”相结合的整体研究方案。 与单一颗粒体系不同，双组分颗粒在生物质含量超过10%时呈现初始、最小和完全等3种特征流化速度。细长的生物质在床内因架桥和相互缠绕等现象，导致其特征速度随着生物质含量(20%以内)增加而略有增大。在带有中心射流的矩形流化床内的实验结果表明，含生物质双组分体系的混合区随表观气速的增大而逐渐扩大，且高速射流气体可以明显改善其混合效果。本项目采用操作气速与最小流化速度之比(流化数)的概念，建立了一个预测双组分体系混合与分离的新判据，结果表明当流化数大于2时，流化床内生物质和煤可以呈现良好的混合状态。 当煤中添加生物质后，着火温度随着生物质含量的增加而单调下降，而燃尽温度在烟梗含量小于60%时变化较小，随后呈现明显的上升趋势，可能是挥发分未完全燃尽导致部分一固定碳仍不能燃烧，从而使燃尽温度升高，燃尽速率下降，燃尽时间也相应延长。进一步从污染物减排角度出发，对于高硫煤掺烧烟梗来说，建议生物质的含量不要大于30%。 建立了双组分体系循环流化床内耦合流动和传热的综合CFD模型，并对气体、大颗粒和小颗粒之间的传热特性进行了详细的数值模拟。基于上述实验和模拟结果，在一台25T/h的循环流化床锅炉内完成了初步的工业测试, 考虑到设备的安全运行，在高硫烟煤中添加15%烟梗时共燃技术有助于减少烟气中二氧化硫、二氧化碳和二氧化氮等污染物的排放。 围绕上述研究，在学术期刊或会议论文集发表文章26篇(SCI收录14篇及SCI刊源杂志接收2篇)，其中包括在生物质能一区刊物(Bioresource Technology)发表2篇研究论文和在可再生能源二区刊物(Renewable Energy)撰写综述1篇；为2本英文专著各完成1章节撰写；申请2项国家发明专利(实审阶段)和2项实用新型专利(已授权)；在前期国家自然科学基金(20476057，20976191)等资助下，2012年获教育部高等学校自然科学二等奖(项目负责人为第一完成人)，2013年获国家科技进步二等奖(项目负责人为第三完成人)。