基于三次配风生物质颗粒直燃燃烧器数值模拟

发布时间：2020-09-25 22:41

　　能源问题越来越受到社会的关注，生物质燃料作为一种新型的燃料，与传统化石燃料相比其具有可再生性这一优点，而从环境方面讲，生物质燃料燃烧所排放的NOX、SO2等污染物含量较低，并且实现了CO2的零排放，这有效的减缓温室效应并改变能源结构的特性。而目前关于生物质锅炉燃烧方面的研究还较少，很多研究还不是很完善，本文通过数值模拟的方法，结合实验对生物质锅炉燃烧的一些特性进行了研究。本文对某公司现有的生物质锅炉进行测试，在合理假设的基础上，通过建立湍流模型、传热模型和颗粒跟踪等模型，利用FLUENT软件对锅炉内部的燃烧特性进行了数值模拟。对模拟结果中，生物质锅炉的温度场和组分分布进行了分析，在炉膛内，炉内温度场略呈菱形，并在出料口下方存在一定的倾斜，一次风和二次风的作用下，使得两相流沿烟气出口处射出，使得烟气出口处温度较高，容易结焦，而在炉膛内部的火焰充满度不高，燃烧区域靠上，炉膛上部容易烧坏；在烟气出口附近，由于靠近主燃烧区域，温度较高，特别是靠近出口上方，温度比炉膛内的部分区域还要高，此时温度达到1450k到1550k，数值模拟结果为1500k与实验测得的最高温度较吻合。本研究分析了某公司现有的生物质锅炉炉内的空气动力特性和生物质颗粒燃烧特性，数值模拟结果与实验数据吻合得较好；针对原有锅炉的烟气出口温度较高，不利于充分燃烧，且主燃区靠近锅炉上部，不利于空间利用等的问题，提出了在烟气出口处布置三角切圆的三次风方法和在炉膛中部布置四角切圆的三次风方法，来改变燃烧区域的流场分布和主分场分布，并对数值模拟结果进行了分析，改造后的模型对比原有模型皆有所改进，其中四角切圆模型的改造对原有模型的改造较为明显，流场分布更为合理，为今后同类生物质锅炉的改造和运行提供了一定的理论基础。
【学位单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TK6
【部分图文】：

生物质燃烧,方程,数值模拟,改造方案

图 1.1 计算流程图研究的主要内容过 fluent 软件选取适当的湍流模型，DPM 模型，用 P-1 模型，两步竞争反浙江省某公司的生物质燃烧器进行了数值模拟；并通过实验验证结果。分验结果，对燃烧内部的温度场、速度场等主要燃烧特性进行了分析，进一进行了改造，提出来三角切圆和四角切圆的改造方案，通过对比分析改造提出了合理的改造方案。中，主要讨论了数值模拟过程中的方法，包括湍流模型，拉格朗日模型，两步竞争反应模型。第一节介绍了模拟燃烧的基本控制方程，连续方程，程；第二节介绍了本文计算使用的具体方程，包括运输方程，热辐射方程。中，对现有的生物质燃烧器进行了数值模拟和实验，并对结果进行了分析物质燃烧器的物理模型，并对燃烧器进行了介绍。第二节，给出了计算模界条件，以及生物质燃料的工业元素分析表。第进行了分析，并通过对比

结构图,生物质锅炉,数值模拟,结构图

上方一侧为进料口，进料口处布有风管，另一侧为烟气出口。如图 1 所示：图 3.1 生物质颗粒锅炉纵向剖面图3.2.数值计算模型本文以浙江省某公司的生物质颗粒直燃预燃室为模拟对象。数值模拟生物质锅炉结构见图 2。现有生物质颗粒直燃预燃室采用上给料下送风（定义为一次风）布置方式，进料和主配风位于预燃室的一侧，进料斜向插入预燃室，依靠重力和流化风助流进料。配风点见以下几处：为自炉排底部进入的风量；流化物料的流化风；预燃室出口烟道冷却周界风；炉侧壁观察孔保护风，出口高温烟气则位于另外一侧。预燃室内壁有保温装置，材料为粘土，厚度为 200mm[31]。

网格,生物质锅炉,非滑移条件,流场特点

杭州电子科技大学硕士学位论文14图 3.2 数值模拟生物质锅炉结构图3.3.计算步骤计算框架图：图 3.3 计算流程图划分网格时采用分区划分网格[32]，交错、非均匀六面体、四面体网格，在几何结构和流场特点简单的区域，采取简单处理，在燃烧很集中的区域，对网格进行了部分的密化，这是精简计算的重要方法。数值模拟采用三维稳态计算，为了避免伪扩散的产生[33]，利用 QUICK 格式进行方程的离散，并采用 SIMPLEC 算法求解，与现场生物质颗粒燃烧情况一致，采用速度入口和压力出口的边界条件，壁面上应用非滑移条件。

【参考文献】