基于热力学第二定律的电站锅炉数值模拟研究
发布时间：2021-09-24 17:50
火力发电在我国的电力行业中所占的比例依然很大,而对电站锅炉的分析不能只局限于对热效率分析,随着社会发展,能源浪费严重,热力学第二定律分析法逐渐应用于许多工程中,其中?分析法应用广泛,因为这种分析法不仅考虑能量的“量”,还考虑了能量的“质”,使分析研究更全面、更科学。本文针对350MW电站锅炉进行研究,分析锅炉的燃烧情况,对其进行基于热力学第二定律的?分析,首先对于电站锅炉燃烧情况进行三维模拟仿真,观察烟气?分布情况并建立锅炉一维仿真计算模型来计算锅炉的燃烧?损失、传热?损失以及锅炉的?效率,以便更深层次地分析电厂的节能情况,并对其提出优化方案,验证优化方案可行性,达到节约能源,提高能量利用率的目的。首先,根据锅炉说明书对电站锅炉进行三维模拟仿真,利用CATIA软件搭建起物理模型并用ICEM CFD软件对其进行细致的网格划分,选取合适的数学模型和边界条件来表现煤粉颗粒在锅炉炉膛内的燃烧和流动情况,建立烟气?的计算模型,将其应用到炉膛燃烧的三维仿真中,便于观察炉膛中烟气?分布情况。对设计工况下的燃烧情况进行数值模拟分析,发现炉膛出口温度与电厂给出的炉膛燃烧出口温度十分相似,证明了三维仿真模...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：111 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锅炉的物理
吉林大学硕士学位论文12续表表2.2设计煤种的参数项目符号单位设计煤种收到基氧Oar%8.85收到基氮Nar%0.60收到基硫Sar%0.19低位发热量Qnet.arMJ/kg17.34锅炉的网格划分需要对不同区域采取不同的措，使用ICEMCFD对模型进行网格划分，炉膛分为四个部分，最下面的部分是冷灰斗区域，该区域的网格不需要加密，接下来是主燃烧器区，一次风和二次风喷口相间分布，然后为SOFA燃烧器区，在划分炉膛网格时，由于SOFA燃烧器区域的布置方式与主燃烧器不同，所以网格的画法也与主燃烧器有很大不同，喷口都没画出形状，将其设置为入口边界，由于喷入一、二次风和燃尽风后，在其流域速度梯度很大，为了保证计算精度，要对燃烧器区的网格进行加密处理，最上方的区域为水平烟道及折焰角区。整体的网格划分情况和加密情况如图2.2所示。（a）炉膛整体网格划分（b）SOFA燃烧器区域网格划分图2.2锅炉整体及燃烧器网格划分
第3章不同负荷及煤种下炉膛内烟气分布25第3章不同负荷及煤种下炉膛内烟气分布3.1BMCR负荷条件下的数值模拟分析3.1.1冷态速度场数值模拟分析在进行仿真时，要对锅炉冷态时的情况进行仿真分析，观察锅炉内的速度场的分布特点，从图3.1可以看出，速度场分布呈现对称性，在锅炉的燃烧器区及燃尽区的进风口处速度较大，这是因为此处是一二次风的入口，空气以较高速度进入，形成高速区，燃烧器射出的气流旋转上升，所以中间会形成一个低速区域，在折焰角处气流存在回流的现象。图3.1锅炉BMCR负荷下纵向速度场分布和面平均速度随高度变化图从图3.2（a）到图3.2（e）为锅炉在BMCR负荷下的5层一次风的速度分布云图，F层一次风关闭，由图可以看出，所有的切圆中心与炉膛中心大致重合。A、B、C三层位于炉膛的下方，一次风的刚性较好，在进入的四股一次风的联合作用下，切圆十分明显，没有贴壁的现象，切圆直径小，切圆的中心速度低，切圆外层的速度很高，煤粉在此处燃烧，流速高的湍流有利于燃烧。D层与C层的距离远，中间有两层二次
【参考文献】：
期刊论文
[1]在煤富氧燃烧下的超临界CO2再压缩循环的热力学分析[J]. 冯雪佳,王顺森. 西安交通大学学报. 2018(11)
[2]基于Aspen Plus的超临界循环流化床锅炉特性分析[J]. 王龙飞,兰勇,解雪涛,冯涛. 锅炉技术. 2018(03)
[3]基于Aspen Plus的煤粉工业锅炉烟气再循环研究[J]. 张媛,陈隆,肖翠微,王乃继. 广州化工. 2018(02)
[4]基于熵产分析的锅炉对流传热受热面优化分析设计[J]. 李皓宇. 华北电力技术. 2017(05)
[5]煤粉工业锅炉热力系统的(火用)分析[J]. 曾鑫,马梓淞. 煤质技术. 2016(02)
[6]基于Aspen Plus煤粉工业锅炉系统建模与分析[J]. 罗伟,陈隆,崔豫泓. 洁净煤技术. 2015(06)
[7]基于Aspen Plus的循环流化床锅炉效率的计算[J]. 江成林,李士雨. 计算机与应用化学. 2015(09)
[8]大型循环流化床锅炉火用效率分析[J]. 刘彦鹏,钟北京,李少华. 热力发电. 2015(08)
[9]电站锅炉烟气余热利用与空气预热器综合优化[J]. 宋景慧,阚伟民,许诚,徐钢,宋晓娜. 动力工程学报. 2014(02)
[10]电站锅炉烟气余热利用系统的热力学分析和优化[J]. 杨勇平,黄圣伟,徐钢,张晨旭,杨志平. 华北电力大学学报(自然科学版). 2014(01)
博士论文
[1]基于热力学第二定律的减排CO2的燃煤发电系统技术经济分析及优化[D]. 张丹.华中科技大学 2013
[2]基于投入产出（火用）分析的能源利用评价方法及应用研究[D]. 吴智泉.华北电力大学 2012
硕士论文
[1]燃煤发电烟气超低排放系统(火用)分析与优化[D]. 于荆鑫.山西大学 2019
[2]燃料燃烧过程的热力学第二定律分析[D]. 梅冬.华北电力大学(北京) 2016
[3]基于热力学第二定律的火电厂热力系统节能研究[D]. 赵兴杰.上海电力学院 2015
[4]600MW级火电厂热力系统优化与（火用）分析[D]. 赵豹.河北工业大学 2014
[5]电站锅炉内（火用）传递特性研究[D]. 张蓬亮.华北电力大学 2013
[6]基于Aspen Plus的（火用）分析在火电厂清洁生产实践中的应用[D]. 侯丹.大连理工大学 2011
[7]300MW火力发电机组热力系统（火用）分析及优化研究[D]. 闫丽涛.华北电力大学（河北） 2010
[8]（火用）分析方法在火电厂热力系统的应用[D]. 严心浩.华南理工大学 2009
[9]基于(火用)传递的电站燃煤锅炉能量转换特性研究[D]. 王炳莉.华北电力大学（河北） 2009
[10]电厂锅炉的热力学分析[D]. 张淼.东北大学 2008
本文编号：3408181
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：111 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锅炉的物理
吉林大学硕士学位论文12续表表2.2设计煤种的参数项目符号单位设计煤种收到基氧Oar%8.85收到基氮Nar%0.60收到基硫Sar%0.19低位发热量Qnet.arMJ/kg17.34锅炉的网格划分需要对不同区域采取不同的措，使用ICEMCFD对模型进行网格划分，炉膛分为四个部分，最下面的部分是冷灰斗区域，该区域的网格不需要加密，接下来是主燃烧器区，一次风和二次风喷口相间分布，然后为SOFA燃烧器区，在划分炉膛网格时，由于SOFA燃烧器区域的布置方式与主燃烧器不同，所以网格的画法也与主燃烧器有很大不同，喷口都没画出形状，将其设置为入口边界，由于喷入一、二次风和燃尽风后，在其流域速度梯度很大，为了保证计算精度，要对燃烧器区的网格进行加密处理，最上方的区域为水平烟道及折焰角区。整体的网格划分情况和加密情况如图2.2所示。（a）炉膛整体网格划分（b）SOFA燃烧器区域网格划分图2.2锅炉整体及燃烧器网格划分
第3章不同负荷及煤种下炉膛内烟气分布25第3章不同负荷及煤种下炉膛内烟气分布3.1BMCR负荷条件下的数值模拟分析3.1.1冷态速度场数值模拟分析在进行仿真时，要对锅炉冷态时的情况进行仿真分析，观察锅炉内的速度场的分布特点，从图3.1可以看出，速度场分布呈现对称性，在锅炉的燃烧器区及燃尽区的进风口处速度较大，这是因为此处是一二次风的入口，空气以较高速度进入，形成高速区，燃烧器射出的气流旋转上升，所以中间会形成一个低速区域，在折焰角处气流存在回流的现象。图3.1锅炉BMCR负荷下纵向速度场分布和面平均速度随高度变化图从图3.2（a）到图3.2（e）为锅炉在BMCR负荷下的5层一次风的速度分布云图，F层一次风关闭，由图可以看出，所有的切圆中心与炉膛中心大致重合。A、B、C三层位于炉膛的下方，一次风的刚性较好，在进入的四股一次风的联合作用下，切圆十分明显，没有贴壁的现象，切圆直径小，切圆的中心速度低，切圆外层的速度很高，煤粉在此处燃烧，流速高的湍流有利于燃烧。D层与C层的距离远，中间有两层二次
【参考文献】：
期刊论文
[1]在煤富氧燃烧下的超临界CO2再压缩循环的热力学分析[J]. 冯雪佳,王顺森. 西安交通大学学报. 2018(11)
[2]基于Aspen Plus的超临界循环流化床锅炉特性分析[J]. 王龙飞,兰勇,解雪涛,冯涛. 锅炉技术. 2018(03)
[3]基于Aspen Plus的煤粉工业锅炉烟气再循环研究[J]. 张媛,陈隆,肖翠微,王乃继. 广州化工. 2018(02)
[4]基于熵产分析的锅炉对流传热受热面优化分析设计[J]. 李皓宇. 华北电力技术. 2017(05)
[5]煤粉工业锅炉热力系统的(火用)分析[J]. 曾鑫,马梓淞. 煤质技术. 2016(02)
[6]基于Aspen Plus煤粉工业锅炉系统建模与分析[J]. 罗伟,陈隆,崔豫泓. 洁净煤技术. 2015(06)
[7]基于Aspen Plus的循环流化床锅炉效率的计算[J]. 江成林,李士雨. 计算机与应用化学. 2015(09)
[8]大型循环流化床锅炉火用效率分析[J]. 刘彦鹏,钟北京,李少华. 热力发电. 2015(08)
[9]电站锅炉烟气余热利用与空气预热器综合优化[J]. 宋景慧,阚伟民,许诚,徐钢,宋晓娜. 动力工程学报. 2014(02)
[10]电站锅炉烟气余热利用系统的热力学分析和优化[J]. 杨勇平,黄圣伟,徐钢,张晨旭,杨志平. 华北电力大学学报(自然科学版). 2014(01)
博士论文
[1]基于热力学第二定律的减排CO2的燃煤发电系统技术经济分析及优化[D]. 张丹.华中科技大学 2013
[2]基于投入产出（火用）分析的能源利用评价方法及应用研究[D]. 吴智泉.华北电力大学 2012
硕士论文
[1]燃煤发电烟气超低排放系统(火用)分析与优化[D]. 于荆鑫.山西大学 2019
[2]燃料燃烧过程的热力学第二定律分析[D]. 梅冬.华北电力大学(北京) 2016
[3]基于热力学第二定律的火电厂热力系统节能研究[D]. 赵兴杰.上海电力学院 2015
[4]600MW级火电厂热力系统优化与（火用）分析[D]. 赵豹.河北工业大学 2014
[5]电站锅炉内（火用）传递特性研究[D]. 张蓬亮.华北电力大学 2013
[6]基于Aspen Plus的（火用）分析在火电厂清洁生产实践中的应用[D]. 侯丹.大连理工大学 2011
[7]300MW火力发电机组热力系统（火用）分析及优化研究[D]. 闫丽涛.华北电力大学（河北） 2010
[8]（火用）分析方法在火电厂热力系统的应用[D]. 严心浩.华南理工大学 2009
[9]基于(火用)传递的电站燃煤锅炉能量转换特性研究[D]. 王炳莉.华北电力大学（河北） 2009
[10]电厂锅炉的热力学分析[D]. 张淼.东北大学 2008
本文编号：3408181
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