CFB内多组分颗粒和富氧燃烧下流动和燃烧特性的数值模拟

发布时间：2020-03-24 20:50

【摘要】：循环流化床锅炉(Circulating Fluidized Bed,CFB)包含多种不同直径和密度的颗粒,不同物性颗粒具有不同的流化和化学反应特性,进而影响循环流化床反应器的性能,优化设计与运行控制,因而亟待需要进行不同物性颗粒的流动动力特性和化学反应过程的研究与分析。本文采用四种不同的颗粒,它们分别是:床料颗粒,粗煤颗粒,细煤颗粒和回料颗粒,其中给煤颗粒(粗/细)和回料颗粒分别通过进料口和回料口输送。采用多组分颗粒动力学理论,用仿真软件模拟了多组分颗粒情况下循环流化床的流动特性,得到了复杂气固流动的主要特征:各组分颗粒的瞬时云图分布,各组分颗粒的浓度和速度时均分布,各组分颗粒的颗粒拟温度分布等。此外,还探究了镜面反射系数和表观速度对各组分颗粒流动特性的影响。在探究富氧燃烧过程中,首先对中试规模的循环流化床燃烧室进行了模型验证,通过比较炉膛内温度场分布和炉膛出口处气体成分的体积浓度,发现数值仿真结果与实验结果比较吻合,验证了模型的有效性与正确性。接着在已验证化学反应理论的基础上,建立二维的双组份颗粒循环流化床锅炉内煤燃烧的数学模型,探究了空气燃烧模式和富氧燃烧模式下原煤的燃烧特性。煤燃烧过程中的化学反应主要考虑水分蒸发,挥发分热解,热解气态产物氧化,焦炭氧化和气化以及污染物的形成。利用该模型详细分析了流体动力学,温度场分布,化学反应速率分布,气体组分分布,以及炉膛出口处主要气体组分的体积浓度和污染物的排放。通过空气燃烧模式下和富氧燃烧模式下原煤燃烧特性的比较,说明富氧燃烧在CO_2捕获和污染物排放方面具有独特优势。此外,还探究了富氧燃烧模式下,不同O_2浓度对循环流化床整体性能的影响,成功预测了煤在高氧气浓度下的燃烧过程。
【图文】：

循环流化床内颗粒相循环示意图

双流体模型,离散相

一般基于实验进行 CFB 的相关研机理，CFB 系统的深入理论分析和实验研究床的实验成本过于昂贵，很难在实验室进行解决这一问题，为进一步运行，改进和设计流化床内气-固多相流动动力学和化学反应机er, E-E）方法推导出的双流体模型，采用一方程以及为封闭方程引进的本构方程，，确定 C仿真模拟中的重要参数。此外，介绍了煤燃分热解，热解气态产物氧化，焦炭氧化和气模拟方法的数值方法主要有两种：双流体模型（TFM要特点如下图 2-1 所示：
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK229.66

【相似文献】