成型生物质因为密度高,便于存储、运输、管理,逐渐被广泛应用。煤与成型生物质的混烧,可降低污染物的排放,提高能量密度,结合了两种不同能源的优点。流化床中煤与生物质混烧是一项有前景的火力发电技术。因为传统试验手段研究的局限性,数值模拟已经成为研究流化床的重要手段。本课题通过试验和数值模拟的方法,对流化床内煤与成型生物质的流动、传热和燃烧进行了研究,为工业化应用提供可靠参数和信息指导。通过热重试验研究了煤与成型生物质的燃烧特性,研究生物质掺混比对着火温度、燃烧速率、燃烬温度、燃烧指数等燃烧参数的影响,判断不同煤种与生物质之间的协同作用。煤的燃烧性能通过生物质的加入得到改善,生物质和褐煤之间的协同作用大于生物质和烟煤之间的协同作用。通过热动力学分析煤与生物质的不同燃烧阶段,选择最适合的燃烧模型函数。其中,化学反应一级模型适用于烟煤与生物质混烧中的挥发分释放与燃烧,和煤中碳燃烧阶段;扩散控制模型适用于褐煤与生物质的混烧。搭建了煤与成型生物质流动小试装置,测量床内的压差脉动信号,采用压差法确定最小流化速度,推导最小流化速度公式,并根据生物质分布规律选择合适的流化床操作速度。研究生物质掺混比例、流化风速等对流型变化的影响:利用递归图考察床内流动的周期性、稳定性等特征。通过Hilbert-Huang Transform方法,研究煤与成型生物质混合流动的频率特征,分析床内的内禀模态函数能量及频率分布特征。搭建了煤与成型生物质流动、传热的试验装置,通过红外热成像和高速摄影仪对流动传热过程中的颗粒温度、颗粒流动、气泡变化等行为进行记录。利用虚拟球元法构建成型生物质,引入颗粒体积系数概念,修正气固作用力。将改进的DEM-CFD流动模型与传热模型耦合,模拟煤与成型生物质的流动、传热过程,并将模拟结果和试验结果进行对比。提取颗粒温度、混合指数和传热量等特征值,研究流化风速和成型生物质添加对这些特征值的影响。研发设计了煤与成型生物质混烧的流化床装置,研究了生物质掺混对污染物排放、底渣结渣率、重金属形态和环境风险的影响。生物质硫、氮含量低,和煤混烧时对二氧化硫和一氧化氮有明显的减排作用。生物质中的碱金属和碱土元素,可以抑制煤燃烧过程中微量重金属元素的挥发,特别是对铬、镍、钒的作用更加明显。灰结渣指数对煤与成型生物质混烧具有一定的预测作用,混烧可有效降低结渣的可能性。为了更加全面、准确的进行风险评价,综合考虑了不同的环境风险评价方法,既研究了重金属总浓度对环境的影响,又考虑了重金属的敏感度和可移动性。采用欧拉-欧拉与化学反应耦合的数学模型,引入污染物的释放和脱除模型,对煤与成型生物质的混烧进行了数值模拟,分析床内温度场,一氧化碳、二氧化硫和一氧化氮的浓度分布,将不同生物质掺混比例下的数值模拟结果与试验结果进行对比。掺混比例小于10%时,混合燃烧的模拟结果与试验测量值有较好的吻合度。掺混比例大于10%时,混合燃烧的模拟结果与试验值出现一定程度的误差,误差率在15%左右。