碱回收锅炉黑液雾化冷态数值模拟研究

发布时间：2017-09-12 06:25

  本文关键词：碱回收锅炉黑液雾化冷态数值模拟研究

  更多相关文章： 黑液 压力—旋流喷嘴 雾化特性 碱回收锅炉 冷态流场 数值模拟

【摘要】：碱回收锅炉中黑液雾化效果决定了其燃烧状况。黑液的雾化效果较好时,液滴在炉膛内的运动过程中得到适当干燥,并在炉膛底部形成一定形状的焦床,使燃烧维持在良好状态。然而,如果此时的雾化液滴太小,又会过早进入熔融状态,不能形成良好状态的焦床,而且会伴有大量机械携带,此时黑灰易在水冷壁、水冷屏等处积累形成碱块,若在吹灰时掉下,便会破坏焦床。若雾化质量较差,大尺寸液滴在运动过程中干燥程度不佳,又会堵塞喷口。因此,鉴于黑液的特殊性质,有必要通过数值模拟研究碱回收锅炉内黑液的雾化效果,以便于碱回收锅炉及黑液喷枪结构设计的优化,从而降低生产成本,提高锅炉的运行效率。本文首先采用控制体积分数方法的多相流模型(VOF模型)对压力—旋流雾化喷嘴进行了数值模拟研究:验证了黑液的层流假设,发现黑液粘度及表面张力与雾化液滴粒径成正比,而黑液密度与雾化液滴粒径成反比;通过研究喷嘴不同的初始化方法、进口压力及结构尺寸对黑液雾化特性的影响,总结出五种较优的喷嘴结构尺寸搭配方案,并结合工况要求,获得了其工作压力与雾化特性参数;确定了黑液颗粒的最终稳定速度约在3.5 m/s左右。其次,利用湍流模型模拟得到碱回收锅炉的稳态空气流场,发现一次风射流在四个墙角处发生撞击,造成能量损失,不利于加强混合;二次风两侧的射流偏向了侧墙,有可能形成结渣,加速腐蚀等影响;三次风的高速射流能够有效地冲散炉膛中心的高速上升气流,有效地抑制了机械携带。但是总体来说,该碱回收锅炉的配风还是很合理的。最后,使用离散相cone喷雾模型,拟合五种优化搭配喷嘴的雾化特性参数,通过耦合计算,将黑液液滴与碱回收锅炉的稳态空气流场结合,并且考虑了液滴运动过程中的破碎、碰撞与合并,得到碱回收锅炉的冷态流场,进一步分析了碱回收锅炉的压力场、湍动能分布及颗粒分布。研究发现:前墙及右墙壁面存在结渣隐患;使用开口尺寸为16mm,旋流片孔径为11mm的喷嘴(16-11喷嘴)时,炉膛内黑液的雾化效果好于开口尺寸为8mm,旋流片孔径为8.5mm的喷嘴(8-8.5喷嘴);喷嘴的雾化锥角及初始液滴尺寸范围是影响炉膛内黑液干燥和燃烧效果的主要雾化特性参数,当黑液液滴的最小尺寸大于0.6mm时,对液滴的干燥及机械携带的抑制均有较好的效果。
【关键词】：黑液 压力—旋流喷嘴 雾化特性 碱回收锅炉 冷态流场 数值模拟
【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】：2015
【分类号】：TK222
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 研究背景10-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 碱回收锅炉数值模拟研究进展13-14
• 1.2.2 黑液雾化的研究进展14-16
• 1.3 本文研究内容16-17
• 第2章 黑液雾化过程数值模型17-27
• 2.1 黑液喷嘴雾化过程数值模型17-20
• 2.1.1 溅板式喷嘴17
• 2.1.2 压力—旋流喷嘴17-20
• 2.2 单喷嘴黑液雾化特性研究数值模型20-23
• 2.2.1 VOF模型20-22
• 2.2.2 液相湍流模型22-23
• 2.3 炉膛内黑液雾化效果研究数值模型23-26
• 2.3.1 离散相模型23-24
• 2.3.2 液滴破碎模型24-25
• 2.3.3 液滴碰撞与聚合模型25
• 2.3.4 气相湍流模型25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 压力—旋流雾化喷嘴数值模拟研究27-55
• 3.1 压力—旋流雾化喷嘴数学物理模型27-31
• 3.1.1 物理模型与简化27-28
• 3.1.2 网格划分(ICEM)28-30
• 3.1.3 数值方法30
• 3.1.4 边界条件及模型求解设置30-31
• 3.2 初始化设置方案研究31-38
• 3.2.1 黑液流动状态32-33
• 3.2.2 喷嘴内黑液初始体积分数33-36
• 3.2.3 黑液属性36-38
• 3.3 黑液喷射过程38-40
• 3.4 喷嘴进口压力的影响40-46
• 3.4.1 速度场分析40-42
• 3.4.2 质量流量与液膜厚度42-43
• 3.4.3 雾化特性参数及喷嘴流场43-46
• 3.5 喷嘴结构尺寸的影响46-53
• 3.5.1 旋流片孔径46-49
• 3.5.2 喷嘴出口直径49-52
• 3.5.3 确定装配方案及优化建议52-53
• 3.6 本章小结53-55
• 第4章 碱回收锅炉冷态数值模拟研究55-88
• 4.1 碱回收锅炉数学物理模型55-59
• 4.1.1 物理模型55-56
• 4.1.2 网格划分(ICEM)56-58
• 4.1.3 数值方法58-59
• 4.1.4 边界条件及模型求解设置59
• 4.2 压力—旋流喷嘴工作压力及雾化特性参数59-64
• 4.2.1 喷嘴工作压力60-62
• 4.2.2 喷嘴出口速度分布62-63
• 4.2.3 喷嘴雾化特性参数63-64
• 4.3 碱回收锅炉空气速度流场分析64-74
• 4.3.1 一次风流场分析65-67
• 4.3.2 二次风流场分析67-69
• 4.3.3 三次风流场分析69-71
• 4.3.4 碱回收锅炉中心对称截面流场分析71-74
• 4.4 碱回收锅炉冷态流场模拟结果74-86
• 4.4.1 炉膛内压力分布74-76
• 4.4.2 炉膛内湍动能分布76-78
• 4.4.3 炉膛内黑液颗粒分布78-86
• 4.5 本章小结86-88
• 结论88-89
• 未来工作展望89-90
• 参考文献90-94
• 致谢94

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 蔡千华;;日本造纸厂黑液碱回收炉的开发应用实例[J];国际造纸;2008年03期

2 刘洪鹏;肖剑波;李惟毅;陈冠益;王擎;;65t/h高低差速循环流化床流动特性模拟[J];化工进展;2013年02期

3 刘红;解茂昭;刘宏升;刘戈;王淑春;;单液滴在多孔介质内碰壁过程的数值模拟[J];燃烧科学与技术;2011年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 张永良;离心喷嘴雾化特性实验研究和数值模拟[D];中国科学院研究生院（工程热物理研究所）;2013年

，

本文编号：835607