卧式循环流化床锅炉流动与燃烧特性的数值模拟

论文摘要

近年来,循环流化床锅炉作为高效、低污染的燃煤设备,在全世界范围内受到广泛的重视。但传统的循环流化床锅炉小型化困难,并不适宜于我国中小工业锅炉（容量＜35t/h的锅炉）居多的情况。因此对小型化的卧式循环流化床锅炉进行研究对于节省燃煤资源,减少污染物排放,具有重要意义。本文通过选用一组适用于卧式循环流化床锅炉的数学模型,对7MW卧式循环流化床锅炉进行了气固流动特性和燃烧特性的数值模拟,研究其流动、传热及燃烧特性。在卧式循环流化床气固流动特性模拟中,本文在颗粒动力学理论和欧拉双流体模型框架下,着重考察了卧式循环流化床锅炉内气固两相流动情况,得出了床内颗粒浓度在水平方向和高度方向上的非均匀分布情况,压力分布情况及局部速度分布情况,确认了环.核结构的存在。通过改变一次风量,分析得出了相应颗粒浓度、压力的变化规律;分析了不同循环倍率下,炉内流动特性。一次风量变化时,炉内压力、颗粒浓度也随之变化:当一次风量增大时,沿床高的压降减小,床层将变得更加稀薄。循环倍率对炉内流动特性的影响也很大,在密相区,循环倍率越大,则颗粒浓度越高;在稀相区,循环倍率越小,则颗粒浓度越低。总的来看,随着循环倍率增加,炉内物料循环量增大,床层颗粒浓度逐渐增加。在卧式循环流化床燃烧特性模拟中,本文得到了炉内CO浓度分布、CO2浓度分布、氧气浓度分布、炭浓度分布、温度分布及炉内流场,并把部分模拟计算结果与热态试验结果进行对比,吻合较好。通过变工况模拟计算,分别分析了一次风与二次风比率和给料量变化的情况下,炉内流动、传热及燃烧特性。当给料量不变,总风量一定,而一二次风比例减小或增大时,密相区内床层温度相应变高或降低。当总风量不变,一二次风比例一定,而给料量增加或减少时,床温的变化滞后于给料量的变化。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 我国能源利用现状
• 1.2 循环流化床技术概述
• 1.2.1 发展循环流化床技术的必要性
• 1.2.2 国内外循环流化床技术发展与应用
• 1.2.3 卧式循环流化床锅炉开发与利用
• 1.3 循环流化床锅炉燃烧系统数学模型研究进展
• 1.3.1 国外数学模型研究进展
• 1.3.2 国内数学模型研究进展
• 1.4 本文研究意义
• 1.5 本论文主要研究内容
• 2 卧式循环流化床炉内基本过程的数学模型
• 2.1 炉内流动模型
• 2.1.1 湍流模型
• 2.1.2 欧拉双流体模型
• 2.1.3 颗粒动力学理论
• 2.1.4 基本守恒方程
• 2.1.5 气固两相间作用力模型
• 2.2 炉内燃烧模型
• 2.2.1 组分守恒方程
• 2.2.2 挥发份的释放与燃烧
• 2.2.3 焦炭的燃烧反应
• 2.3 炉内传热模型
• 2.3.1 能量守恒方程
• 2.3.2 炉内传热机理
• 2.3.3 传热模型描述
• 2.4 本章小结
• 3 卧式循环流化床锅炉气固流动特性的数值模拟
• 3.1 问题描述
• 3.1.1 研究对象
• 3.1.2 基本假设
• 3.2 计算过程
• 3.2.2 网格划分
• 3.2.3 求解器的选择及边界条件确定
• 3.2.4 收敛性讨论
• 3.3 计算结果与分析
• 3.3.1 压力分布
• 3.3.2 颗粒浓度径向分布
• 3.3.3 局部流动结构的动态特性
• 3.3.4 一次风对卧式循环流化床炉内流动特性影响
• 3.3.5 循环倍率对卧式循环流化床炉内流动特性影响
• 3.4 本章小结
• 4 卧式循环流化床锅炉燃烧特性的数值模拟
• 4.1 简介
• 4.2 问题描述
• 4.2.1 研究对象
• 4.2.2 物理假设
• 4.2.3 模拟工况
• 4.3 计算过程
• 4.3.1 三维计算网格
• 4.3.2 参数设置及边界条件确定
• 4.3.3 收敛性讨论
• 4.4 计算结果与分析
• 4.4.1 流场分布
• 4.4.2 温度分布
• 4.4.3 氧气浓度分布
• 4.4.4 碳浓度分布
• 4.4.5 CO浓度分布
• 2浓度分布'>4.4.6 CO₂浓度分布
• 4.4.7 模拟结果与试验的比较
• 4.4.8 配风对炉内工况的影响
• 4.4.9 给料量变化对炉内工况影响
• 4.5 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集