660MW超临界CFB锅炉炉膛内煤燃烧特性的数值研究

发布时间：2020-07-20 21:21

【摘要】：在环境问题日益紧张的当前时期,以CFB燃烧技术的为代表的新型洁净煤燃烧技术也理所应当的被人们重视起来。大型化和超临界化是未来CFB锅炉不可避免的发展潮流,因此CFB锅炉的发展对大型锅炉炉膛内煤燃烧研究的需求也愈加急迫。由于实验研究存在困难性的现实,数值模拟的方法不失为一种可行的能够对CFB炉膛内部煤燃烧过程进行研究的方法。流动、燃烧和传热过程综合构成了CFB炉膛内部煤燃烧过程,因此在进行模拟计算研究时需要建立合理有效的数学模型才能对其进行准确的研究。本文首先介绍了欧拉两相流模型框架下的控制方程和颗粒动理论概念与相应的模型公式,同时针对炉膛内煤燃烧的主要化学反应过程选取了相应的数学模型,对于炉膛内换热过程选用相应的传热模型进行表述,对于炉膛内煤燃烧产生的NO和SO2等污染物也介绍了相应的反应方程式和速率公式,为下文CFB燃烧模拟研究做好了充足的准备。然后,在理论准备充分的基础上对小型CFB提升管内的煤燃烧过程进行了计算研究。计算表明了在欧拉流动模型的基础上耦合化学反应模型和传热模型用以模拟CFB炉膛内煤燃烧过程的可行性。同时计算结果和实验数据的对比显示了选用模型的合理性与准确性。从研究结果看出:煤颗粒热解速率较大,这说明颗粒被送入给煤口进入炉膛后会迅速受热析出挥发分气体,形成挥发分浓度较大的区域,随着气流边向上运动边反应消耗后浓度逐渐降低。在炉膛内,气相温度随高度整体表现为先增加后减小的趋势,在二次风口附近气相温度达到最大值。NO在回料口开始产生,在给煤口达到最大,在稀相区浓度逐渐减小;SO2在密相区的浓度随着高度增加而增加,到给煤口处浓度达到最大,在二次风口以上的稀相区内SO2浓度比较均匀,有微弱增加趋势。最后,在得到了选取模型合理性结论后,将其应用到模拟660MW超临界CFB锅炉炉膛内煤的燃烧过程中,得到了炉膛内颗粒的高度方向速度、气体温度,气体组分和各化学反应的分布,同时也得到了不同运行参数对炉内燃烧特性的影响,结果表明:固相颗粒在炉膛内总体表现为符合CFB的内循环流动状态,其z速度大小恰好表现为“M”型分布。锅炉整体温度分布为,随着高度增加,炉膛内气相温度先是在密相区内迅速增加,后在炉膛稀相区内逐渐降低;挥发分气体从给煤口处开始向上浓度逐渐减少;焦炭燃烧发生的区域很大,密相区焦炭反应的速率比稀相区大,焦炭燃烧方式总体处于扩散控制;在不同运行参数条件下,一次风和二次风速的增加使得炉膛出口O2浓度增大,CO2浓度减小,而颗粒粒径增大会使得出口O2浓度减少和CO2浓度均增大。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK221

【参考文献】