Abstract

The self-heating and spontaneous ignition process pose a fire risk for industrial biomass piles during storage. Most studies, from theoretical to numerical, pay more attention on the effect of pile size on self-heating and self-ignition, which in essence is due to chemical reactions. However, the effect of ambient humidity on the self-heating and spontaneous ignition process, which is due to physical process of water evaporation and vapor condensation, is not well understood. In fact, fire accidents and the related experimental studies have shown that the sudden increase of ambient humidity would cause the rapid increase of biomass pile temperature, leading to spontaneous ignition. In order to fill this knowledge gap, this work proposed a computational self-heating model, coupling heat and mass transfer process and both the microbial and chemical reactions. The processes of moisture evaporation, transportation and convective exchange of vapor were considered in this model to study the effect of humidity on self-heating process. The model was validated against the full-scale experiments of Zhanjiang Biomass Power Plant firstly. The numerical results show that the sudden increase of ambient humidity can lead to a quick increase of pile temperature due to the condensation process. Spontaneous ignition is highly dependent upon the heat generation evolution of the chemical reaction within the pile. The sudden increase of humidity could speed up the chemical reaction process, leading to a fire. This study helps understand the role of humidity on self-heating process during biomass storage.

Graphic Abstract

中文翻译：

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环境湿度变化对桉树树皮桩自热自燃影响的数值研究

摘要

自热和自燃过程在储存期间会对工业生物质堆造成火灾危险。从理论到数值的大多数研究都更多地关注堆大小对自热和自燃的影响，这本质上是由于化学反应。然而，由于水蒸发和蒸汽冷凝的物理过程，环境湿度对自热和自燃过程的影响尚不十分清楚。实际上，火灾事故和相关的实验研究表明，环境湿度的突然升高会引起生物质堆温度的迅速升高，从而导致自燃。为了填补这一知识空白，这项工作提出了一个计算自热模型，耦合传热和传质过程以及微生物和化学反应。该模型考虑了水分蒸发，运输和对流交换的过程，以研究湿度对自热过程的影响。该模型首先针对湛江生物质发电厂的大规模实验进行了验证。数值结果表明，由于冷凝过程，环境湿度的突然增加会导致桩温度快速升高。自燃着火高度依赖于堆内化学反应的热量生成。湿度的突然增加可能会加速化学反应过程，导致起火。这项研究有助于了解湿度在生物质存储过程中自热过程中的作用。该模型考虑了水分蒸发，运输和对流交换的过程，以研究湿度对自热过程的影响。该模型首先针对湛江生物质发电厂的大规模实验进行了验证。数值结果表明，由于冷凝过程，环境湿度的突然增加会导致桩温度快速升高。自燃着火高度依赖于堆内化学反应的热量生成。湿度的突然增加可能会加速化学反应过程，导致起火。这项研究有助于了解湿度在生物质存储过程中自热过程中的作用。该模型考虑了水分蒸发，运输和对流交换的过程，以研究湿度对自热过程的影响。该模型首先针对湛江生物质发电厂的大规模实验进行了验证。数值结果表明，由于冷凝过程，环境湿度的突然增加会导致桩温度快速升高。自燃着火高度依赖于堆内化学反应的热量生成。湿度的突然增加可能会加速化学反应过程，导致起火。这项研究有助于了解湿度在生物质存储过程中自热过程中的作用。该模型考虑了蒸汽的输运和对流交换，以研究湿度对自热过程的影响。该模型首先针对湛江生物质发电厂的大规模实验进行了验证。数值结果表明，由于冷凝过程，环境湿度的突然增加会导致桩温度快速升高。自燃着火高度依赖于堆内化学反应的热量生成。湿度的突然增加可能会加速化学反应过程，导致起火。这项研究有助于了解湿度在生物质存储过程中自热过程中的作用。该模型考虑了蒸汽的输运和对流交换，以研究湿度对自热过程的影响。该模型首先针对湛江生物质发电厂的大规模实验进行了验证。数值结果表明，由于冷凝过程，环境湿度的突然增加会导致桩温度快速升高。自燃着火高度依赖于堆内化学反应的热量生成。湿度的突然增加可能会加速化学反应过程，导致起火。这项研究有助于了解湿度在生物质存储过程中自热过程中的作用。数值结果表明，由于冷凝过程，环境湿度的突然增加会导致桩温度快速升高。自燃着火高度依赖于堆内化学反应的热量生成。湿度的突然增加可能会加速化学反应过程，导致起火。这项研究有助于了解湿度在生物质存储过程中自热过程中的作用。数值结果表明，由于冷凝过程，环境湿度的突然增加会导致桩温度快速升高。自燃着火高度依赖于堆内化学反应的热量生成。湿度的突然增加可能会加速化学反应过程，导致起火。这项研究有助于了解湿度在生物质存储过程中自热过程中的作用。

图形摘要