600MW超临界锅炉炉内流动与燃烧的数值模拟

论文摘要

超（超）临界燃煤发电技术以其效率高、排放少、易于调峰、运行稳定的特点,成为国家上最先进的燃煤发电技术。超临界锅炉有着自身的特点。目前我国对超临界锅炉的研究很少,在一定程度上阻碍了超临界锅炉在我国的发展。论文首先介绍了发展超（超）临界锅炉的重要性及煤粉炉炉内数值模拟研究的发展与现状。论文的第二章则介绍了本论文模拟中所采用的数学物理模型与选取依据。气固两相间的湍流计算采用RNG k-ε模型湍流模型,煤粉颗粒的轨迹场采用基于拉格朗日的随机颗粒轨道方法。采用离散传播法计算辐射传热;对煤粉挥发分的释放采用双平行反应模型;用混合分数模型描述气相混合燃烧;对于焦炭的燃烧采用了扩散动力学模型;采用De’Soete对燃料NOX生成所作的机理模型;对热力NOx采用Zeldovich提出的机理进行计算。最后采用Spalding,Patankar等建立起来的数值方法进行计算,其中计算区域的离散化采用正交非均匀交错网格,实用控制容积法推导差分方程,差分方程的求解采用压力-速度校正的SIMPLER方法。颗粒相的计算采用拉氏方法。然后在论文的第三章中,作者详细介绍了600MW超临界对冲锅炉以及模拟采用的网格划分和边界条件。在接下来的第四章中通过计算分析,获得的主要成果有:（1）100%BMCR工况下的流场、氧量场、温度场,分析流动燃烧特点;（2）改变外二次风旋度对炉膛内流场、氧量场、温度场及氮氧化物排放的影响规律;（3）改变过量空气系数对炉膛内流场、氧量场、温度场及氮氧化物排放的影响规律;（4）改变燃烬风与燃烧器区域二次风的比例对炉膛内流场、氧量场、温度场及氮氧化物排放的影响规律;（5）改变煤粉细度对炉膛内流场、氧量场、温度场及氮氧化物排放的影响规律。本文的模拟结果对了了解和优化超临界锅炉的设计研发及安全运行有着重要的价值,可以提供参考意见以及有益的指导。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 煤粉炉炉内数值模拟研究现状
• 1.3 本文的主要内容
• 2 煤粉炉数值模拟模型
• 2.1 气体流动
• 2.2 颗粒运动
• 2.3 挥发份释放、燃烧及焦炭的燃烧
• 2.4 辐射传热
• 2.5 氮氧化物生成模拟
• 2.6 数值方法
• 3 研究对象及网格划分、边界条件
• 3.1 燃烧系统特点
• 3.2 数值求解方法及网格划分
• 3.3 煤的成分及处理方法
• 3.4 边界条件的设置
• 4 模拟结果分析
• 4.1 100%BMCR 工况模拟
• 4.2 变工况研究
• 4.3 本章小结
• 5 全文总结及展望
• 致谢
• 参考文献