流化床富氧燃烧的数值模拟

发布时间：2017-03-23 03:07

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【摘要】：二氧化碳在温室气体中占据重要地位，它主要来源于化石燃料的燃烧。电站燃煤锅炉是一个重要的CO_2排放源，减少和控制电站锅炉在发电过程中CO_2排放对缓解温室效应具有重要意义。流化床富氧燃烧技术对于CO_2的捕集具有重要研究价值。 目前，国内外对流化床富氧燃烧技术的研究并不成熟，为了更好的应用这项技术，本文针对其相关特性，以一维半小室模型为基础，运用Fortran语言编制程序，建立包含流体动力特性、燃烧特性和传热特性等一系列子模型的流化床富氧燃烧综合数学模型，通过对各个小室建立气体、固体质量平衡及能量平衡方程，模拟流化床在不同气氛燃烧时炉内温度分布、各组分气体分布及传热系数分布情况。 本文针对热功率为10KW的流化床试验台建立了一整套的数值模型。首先在空气和30%O_2/70%CO_2气氛下进行流化床燃烧试验，并将试验结果与模拟结果进行对比，验证了模型的可靠性与正确性。然后对比空气和21%O_2/79%CO_2气氛下流化床的燃烧模拟结果，模拟结果表明：两者燃烧情况大体相似，空气下炉内整体温度较高，污染物排放量也较高，当用CO_2代替N2进行燃烧时，尾部烟气中CO_2浓度较高，容易捕捉收集，炉内CO浓度比空气下高出很多。最后，分别在给煤量和给风量一定的情况下，通过改变送风中O_2浓度(分别为20%O_2/80%CO_2、30%O_2/70%CO_2和40%O_2/60%CO_2)来模拟流化床在不同气氛下的富氧燃烧。结果表明：给煤量相同时，O_2浓度越高，炉膛底部温度越高，炉膛顶部则呈相反趋势，传热系数在炉膛底部与温度变化趋势一致，炉膛顶部传热系数在30%O_2浓度下最高；给风量相同时，O_2浓度越高，炉内温度越高，分布更加均匀，炉内传热系数分布与温度变化趋势基本一致。
【关键词】：流化床 富氧燃烧 数值模拟 试验台
【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】：2013
【分类号】：TK16
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 课题研究背景8-10
• 1.1.1 我国能源现状和发展趋势8-9
• 1.1.2 收集 CO_2的方法9-10
• 1.2 流化床富氧燃烧技术10-14
• 1.2.1 流化床燃烧模型概况11-12
• 1.2.2 流化床富氧燃烧模型12-14
• 1.3 本文主要研究内容14-16
• 第2章 流化床富氧燃烧各子过程模型16-33
• 2.1 流体动力特性子模型16-22
• 2.1.1 密相区流动模型17-19
• 2.1.2 稀相区流动模型19-22
• 2.2 煤颗粒燃烧模型22-27
• 2.2.1 挥发分的析出和燃烧22-24
• 2.2.2 焦炭颗粒的燃烧24-25
• 2.2.3 焦炭颗粒温度计算25
• 2.2.4 SO_2的生成25-26
• 2.2.5 NO_X的生成与还原26-27
• 2.2.6 焦炭颗粒的磨损27
• 2.3 炉内传热模型27-32
• 2.3.1 密相区传热模型27-29
• 2.3.2 稀相区传热模型29-32
• 2.4 分离器模型32
• 2.5 本章小结32-33
• 第3章 整体数学模型的建立33-45
• 3.1 小室模型33-35
• 3.2 小室中守恒方程的建立35-42
• 3.2.1 固相物质平衡模型35-40
• 3.2.2 气相物质平衡40-41
• 3.2.3 小室内能量平衡41-42
• 3.3 综合数学模型求解42-44
• 3.3.1 求解方法42-43
• 3.3.2 求解步骤43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 一维富氧燃烧流化床试验台的数值模拟45-66
• 4.1 流化床富氧燃烧系统45-46
• 4.1.1 试验台结构介绍45-46
• 4.1.2 模拟设计数据46
• 4.2 模拟结果与试验结果的对比分析46-51
• 4.2.1 炉内温度沿床高的变化47
• 4.2.2 炉内气体沿床高的分布47-50
• 4.2.3 含碳量和传热系数的变化50-51
• 4.3 流化床在 21%O_2/79%CO_2与空气气氛下的燃烧模拟对比51-56
• 4.4 不同氧浓度下富氧燃烧特性的预测56-64
• 4.4.1 相同给煤量时炉内燃烧特性模拟56-61
• 4.4.2 相同给风量时炉内燃烧特性模拟61-64
• 4.5 本章小结64-66
• 结论66-67
• 参考文献67-71
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果71-73
• 致谢73

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本文编号：262773