锅炉燃料混烧特性研究及燃烧过程数值模拟

论文摘要

近年来,高炉煤气发电技术的应用方兴未艾,开辟了高炉煤气合理利用的新思路。燃烧高炉煤气发电主要包括全燃和混烧两种方式。实践证明,利用高炉煤气发电可大大优化企业的能源结构,降低生产成本和污染物排放,缓解用电紧张局面,取得节能、减排、增电等多重功效,为企业创造良好的经济效益和社会效益。本文采用CFD流体力学软件对某电厂130t/h燃烧煤粉与高炉煤气混合燃料锅炉和220t/h全燃高炉煤气锅炉的炉内燃烧过程进行数值模拟。首先,分析了高炉煤气的燃烧特性,论述了煤粉和高炉煤气混烧的意义和必要性。其次,通过模拟总结出煤粉和高炉煤气混烧锅炉的燃烧特点;校正所选计算模型的准确性;确定该模型燃料的较优掺烧比及影响因素;模拟得出缩腰和直筒全燃高炉煤气锅炉炉内的压力场、速度场和温度场;分析了双旋流燃烧器及卫燃带在全燃高炉煤气锅炉中的作用及意义。最后,在不同掺烧比下对炉内NOX排放量进行模拟并比较其生成量。通过以上工作,更加直观的展示了煤粉与高炉煤气混烧锅炉和全燃高炉煤气锅炉炉内的燃烧过程。较好地将燃烧理论与数值模拟结合起来,有利于进一步发展和完善气-固两相燃料燃烧的数值模拟理论和高炉煤气发电技术。同时,也为工程上同类锅炉的优化设计、合理运行提供理论指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号说明
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 高炉煤气成分、燃烧特性及强化燃烧
• 1.2.1 高炉煤气成分
• 1.2.2 高炉煤气燃烧特性
• 1.2.3 高炉煤气强化燃烧技术
• 1.3 燃高炉煤气锅炉简介
• 1.4 锅炉炉内燃烧过程数值模拟研究的概述
• 1.4.1 锅炉炉内燃烧过程的研究方法
• 1.4.2 计算燃烧学的发展过程
• 1.4.3 锅炉炉内燃烧过程数值模拟的发展过程
• 1.4.4 国内外的研究现状
• 1.5 本文研究的目的和主要工作内容
• 1.5.1 选题目的
• 1.5.2 主要工作内容
• 第2章 锅炉炉内燃烧过程的数学模型综述
• 2.1 燃烧过程的基本方程
• 2.2 燃烧过程的数学模型
• 2.2.1 气相湍流流动模型
• 2.2.2 气相燃烧模型
• 2.2.3 颗粒燃烧模型
• 2.2.4 辐射模型
• 2.3 本章小结
• 第3章 混烧锅炉的模拟过程及结果分析
• 3.1 模拟对象
• 3.2 数值模拟过程
• 3.2.1 创建几何模型和网格模型
• 3.2.2 选择求解器和计算模型
• 3.2.3 设置材料
• 3.2.4 设置边界条件
• 3.2.5 建立离散方程
• 3.2.6 松弛因子
• 3.2.7 收敛判据
• 3.3 模拟结果及分析
• 3.3.1 压力场模拟结果及分析
• 3.3.2 速度场模拟结果及分析
• 3.3.3 温度场模拟结果及分析
• 3.4 较优掺烧比结构选定
• 3.4.1 不同配比的入口参数
• 3.4.2 温度场模拟结果及分析
• 3.4.3 燃烧器的配风优化
• 3.5 本章小结
• 第4章 全燃煤气锅炉的模拟过程及结果分析
• 4.1 模拟对象
• 4.2 数值模拟过程
• 4.2.1 创建网格模型
• 4.2.2 设置边界条件
• 4.3 模拟结果及分析
• 4.3.1 压力场模拟结果及分析
• 4.3.2 速度场模拟结果及分析
• 4.3.3 温度场模拟结果及分析
• 4.3.4 直筒全燃高炉煤气锅炉的模拟结果
• 4.4 本章小结
• x生成量分析'>第5章 NO_x生成量分析
• x的危害'>5.1 NO_x的危害
• x的生成机理'>5.2 NO_x的生成机理
• x的生成机理'>5.2.1 热力型 NO_x的生成机理
• x的生成机理'>5.2.2 快速型 NO_x的生成机理
• x的生成机理'>5.2.3 燃料型 NO_x的生成机理
• 5.3 模拟结果及分析
• 5.3.1 混烧锅炉 NO生成量的模拟结果
• 5.3.2 全燃高炉煤气锅炉 NO生成量的模拟结果
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论
• 6.1 结论与创新
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文