440t/h循环流化床锅炉数值模拟研究

论文摘要

循环流化床锅炉以其燃料适应性广、燃烧效率高、污染物排放低等独特的优点,而得到广泛的应用。在当前及今后仍以燃煤发电为主的情况下,循环流化床燃煤发电技术作为一种新的洁净煤燃烧发电技术势必在国内外得到更加迅速的发展。目前,循环流化床锅炉正朝着大型化的方向发展。大型循环流化床锅炉的设计技术和对大型循环流化床锅炉的运行特性的认识,都需要了解和掌握炉内的流动、燃烧、温度等状况,而通过传统试验测量的方法只能够得到有限的数据,这成为循环流化床锅炉大型化发展的一个障碍,而今随着计算机和煤粉燃烧理论模型的发展,数值试验成为了炉内过程研究的另一个重要手段,而且通过数值试验的方法还可以弥补传统试验的不足。数值模拟是研究工程气固多相流中辅助试验方法的一种强有力的工具,本文用数值模拟的方法,对东锅DG440/13.7-Ⅱ2型循环流化床锅炉的燃烧进行了多个工况的计算分析,以期对锅炉的优化设计和运行提供有益的指导。锅炉内的燃烧过程是非常复杂的湍流流动和反应过程,它涉及到三维湍流、多相、多组分流动;而热量的传递又包括对流换热、辐射换热、热传导;涉及到相关的化学反应又包括气相燃烧、颗粒相燃烧等。本文采用非预混燃烧模型,挥发分的气相湍流燃烧用混合分数法来模拟,用标准k ?ε紊流模型模拟气固两相间气相湍流输运,对于炉内燃烧时的辐射和对流采用P-1辐射模型,对气相流场采用非交错网格的SIMPLE方法求解N-S方程,对固体颗粒湍流扩散的求解则采用随机颗粒轨道模型,颗粒的挥发份析出及焦炭的氧化过程是颗粒反应的模拟重点,颗粒挥发份析出过程的模拟采用Kobayashi模型,焦炭燃烧过程模拟则采用动力/扩散控制反应速率模型,对于氮氧化物的生成主要考虑燃料氮和热力氮的生成,采用后处理的方法。数值模拟采用FLUENT6.2进行计算。最后,本文对计算结果给出了直观的视图描述和定性分析。视图描述了炉内的流动、温度分布;氧气、二氧化碳和一氧化碳的浓度分布;燃料颗粒的轨迹;给煤粒径大小对燃烧的影响和分布;氮氧化物（NO）的排放,通过控制风速和添加还原性材料以在炉内营造还原性气氛从而控制NO的排放。数值模拟的结果趋势正确,符合机理分析,本文的研究内容对循环流化床的燃烧过程机理分析及其设计和运行有一定的指导意义和参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 循环流化床燃烧的优缺点
• 1.3 循环流化床的发展状况
• 1.3.1 国外循环流化床锅炉的发展状况
• 1.3.2 国内循环流化床锅炉的发展状况
• 1.3.3 大型循环流化床锅炉的发展潜力
• 1.4 循环流化床锅炉的工作原理
• 1.5 燃烧数值模拟发展现状
• 1.5.1 国内研究发展
• 1.5.2 国外研究发展
• 1.6 课题研究的主要目的和内容
• 2 煤粉燃烧过程涉及的模型综述
• 2.1 基本方程
• 2.2 气相湍流流动模型
• 2.2.1 概述
• 2.2.2 双方程模型
• 2.2.3 本文采用的基本方程
• 2.3 气相（挥发份）燃烧模型
• 2.3.1 挥发份析出模型
• 2.3.2 挥发分燃烧模型概述
• 2.3.3 湍流的非预混燃烧模型
• 2.3.4 湍流化学反应的PDF 模型
• 2.4 煤的焦炭燃烧模型
• 2.5 辐射模型
• 2.5.1 辐射模型综述
• 2.5.2 P-1 辐射模型
• 2.6 离散相简介
• 2.6.1 颗粒运动方程
• 2.6.2 传热、传质计算
• 2.7 离散相与连续相相间的耦合
• 3 DG440/13.7-Ⅱ2 型锅炉
• 3.1 锅炉的主要技术规范
• 3.2 锅炉主要尺寸和煤种特性
• 3.3 锅炉的整体布置
• 4 循环流化床数值模拟
• 4.1 计算网格和数值方法
• 4.2 燃烧室内气固两相流动模拟
• 4.2.1 空隙率的分析
• 4.2.2 颗粒的速度分布
• 4.2.3 床层压降分析
• 4.3 流场
• 4.4 温度场
• 4.5 组分场
• 4.6 氮氧化物排放
• 4.7 颗粒轨迹
• 5 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录