生物质链条炉床层燃烧过程的数值研究
发布时间：2021-02-22 14:11
生物质因其自身可再生性、清洁性和分布广泛性的优点,已经越来越受到世界各国的重视。针对我国燃煤链条炉环境污染严重的现状,采用生物质作为燃料对燃煤链条炉进行改造或者直接引进新的生物质链条炉可以缓解上述问题。在生物质链条炉中,床层的燃烧过程最为复杂,但是有关的数值研究相对较少,因此,本文以生物质床层为研究对象,采用数值计算的方法对其燃烧过程进行研究。本文首先针对生物质床层复杂的燃烧过程,建立了一维非稳态的燃烧模型进行数值模拟。该模型基于多孔介质非热平衡的方法,考虑了燃烧过程中床层高度的下降和颗粒内部非等温的影响,同时嵌入了燃烧过程中的物理和化学反应,最后利用Fluent结合UDF编程进行数值求解。模拟得到的床层剩余质量以及床层表面气体中O2、CO和CO2的体积分数同实验数据基本吻合,同时也符合层燃燃烧的基本特征,可以验证计算模型的准确性。其次,本文研究了燃料不同参数（颗粒大小、堆积密度、水分含量）对床层燃烧过程的影响,结果表明：颗粒粒径的减小会明显提高床层平均燃烧速率,缩小气固两相的温差,同时有助于燃烧前期的挥发分析出速率和焦炭燃烧速率快速上升,缩短床层表面的着火时间；堆积密度的增大会使床层...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１研宄移动床的一维模型??Ｆｉｇ．?１．１?１－Ｄ?ｍｏｄｅｌ?ｆｏｒ?ｍｏｖｉｎｇ?ｂｅｄ??
２生物质链条炉床层燃烧模型的建立与验证??２．１床层燃烧的物理模型??生物质链条炉床层部分的燃烧过程如图２．１左方所示，炉排沿着顺时针方向不断地??运动，同时带动着炉排上的燃料自左向右也不断地移动，而燃料则是从床层左侧进行供??给，燃料供给的速度影响着床层的高度。床层在燃烧过程初期所需要的能量主要来源于??床层顶部的炉腾高温辐射，而燃烧过程所需要的氧气则是依靠床层底部一次风的供给，??在上述两个外部因素的作用下，床层表面由于最接近辖射热源，因此，床层表面的固体??最先经历燃烧的各个过程，包括预热干燥、挥发分的析出和燃烧以及焦炭的燃烧。然后，??通过固体间的相互福射以及导热，下层的固体不断吸收热量，提高温度，也依次经历燃??烧的各个阶段，总体上来说，床层是自上向下进行燃烧。??顶部辐射热源?顶部辐射热源??隱口?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ??—＂＾?ｒＴ＞＞＾?？＿?ＢＴ床层高度下降??３ｒ＝Ｘ（
２．３．２网格划分??本文采用的是一维计算模型，网格的划分是将计算区域沿高度方向平均划分为１５０??个矩形网格，如图２．５所示。??■??图２．?５床层一维网格模型??Ｆｉｇ．?２．５?Ｏｎｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｇｒｉｄ?ｍｏｄｅｌ?ｆｏｒ?ｂｅｄ??２．３．３动网格技术??Ｆｌｕｅｎｔ提供了以下几种网格更新的方法，分别是网格光顺（Ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ）方法、动态??层（Ｄｙｎａｍｉｃ?Ｌａｙｅｒｉｎｇ）方法和网格重构（Ｒｅｍｅｓｈｉｎｇ）方法。本文采用的网格都为矩形??网格，并且网格的运动只发生在一个方向上，因此，选用动态层方法来更新网格的运动，??同时通过ＵＤＦ编程控制运动边界上网格节点的运动，来模拟床层在燃烧过程中由于固??相体积的减小引起的床层下降过程。在整个计算过程中，网格的宽度始终保持不变，只??有高度在发生改变。??动态层方法是根据每个时间步长内网格位置的变化量来更新网格的运动，而每层网??格坐标位置的变化量主要受两方面因素控制：一个是当前层网格高度的变化量，另一个??则是低于当前层网格的所有网格高度的变化量。由于之前假设在整个燃烧过程中，床层??的孔隙率保持不变
【参考文献】：
期刊论文
[1]秸秆直燃锅炉燃烧数值模拟[J]. 商宇薇,吴新,吴凯,王军龙,赵长遂. 太阳能学报. 2014(07)
[2]链条炉分层燃烧的数值模型与计算[J]. 张品,杜海亮,王苑,罗永浩. 热能动力工程. 2013(01)
[3]基于床层下降的链条炉数值模型与计算[J]. 张品,杜海亮,王苑,罗永浩. 热能动力工程. 2012(03)
[4]垃圾炉一次风量对炉床燃烧影响的仿真研究[J]. 胡玉梅,方方,邵毅敏,朱新才,唐一科,王传宾. 环境工程学报. 2010(03)
[5]基于CFD的城市生活垃圾焚烧炉燃烧优化[J]. 马晓茜,刘国辉,余昭胜. 华南理工大学学报(自然科学版). 2008(02)
[6]煤无烟燃烧锅炉炉内燃烧特性分析[J]. 柏静儒,王擎,孙佰仲,刘向莉,孙键. 环境污染治理技术与设备. 2006(08)
[7]生物质燃料层热解过程的传热传质模型研究[J]. 赖艳华,马春元,施明恒. 热科学与技术. 2005(03)
博士论文
[1]高温条件下焦炭反应特性实验研究及层燃数值模拟[D]. 林鹏云.上海交通大学 2011
[2]燃煤链条锅炉燃烧的数值建模及配风与炉拱的优化设计[D]. 季俊杰.上海交通大学 2008
[3]城市生活垃圾层状燃烧过程试验研究及数值模拟[D]. 梁立刚.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]生物质成型燃料燃烧的数值模拟[D]. 随晶侠.大连理工大学 2013
[2]层燃炉中生物质燃烧性能的研究[D]. 曾帅.北京交通大学 2011
[3]配风方式对层燃炉燃烧特性影响的试验研究[D]. 常兵.上海交通大学 2007
[4]层燃式城市固体垃圾焚烧炉床内燃烧过程试验研究[D]. 郭强.哈尔滨工业大学 2006
[5]层燃炉排上城市固体垃圾燃烧过程的数值模拟[D]. 费俊.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3046115
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１研宄移动床的一维模型??Ｆｉｇ．?１．１?１－Ｄ?ｍｏｄｅｌ?ｆｏｒ?ｍｏｖｉｎｇ?ｂｅｄ??
２生物质链条炉床层燃烧模型的建立与验证??２．１床层燃烧的物理模型??生物质链条炉床层部分的燃烧过程如图２．１左方所示，炉排沿着顺时针方向不断地??运动，同时带动着炉排上的燃料自左向右也不断地移动，而燃料则是从床层左侧进行供??给，燃料供给的速度影响着床层的高度。床层在燃烧过程初期所需要的能量主要来源于??床层顶部的炉腾高温辐射，而燃烧过程所需要的氧气则是依靠床层底部一次风的供给，??在上述两个外部因素的作用下，床层表面由于最接近辖射热源，因此，床层表面的固体??最先经历燃烧的各个过程，包括预热干燥、挥发分的析出和燃烧以及焦炭的燃烧。然后，??通过固体间的相互福射以及导热，下层的固体不断吸收热量，提高温度，也依次经历燃??烧的各个阶段，总体上来说，床层是自上向下进行燃烧。??顶部辐射热源?顶部辐射热源??隱口?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ??—＂＾?ｒＴ＞＞＾?？＿?ＢＴ床层高度下降??３ｒ＝Ｘ（
２．３．２网格划分??本文采用的是一维计算模型，网格的划分是将计算区域沿高度方向平均划分为１５０??个矩形网格，如图２．５所示。??■??图２．?５床层一维网格模型??Ｆｉｇ．?２．５?Ｏｎｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｇｒｉｄ?ｍｏｄｅｌ?ｆｏｒ?ｂｅｄ??２．３．３动网格技术??Ｆｌｕｅｎｔ提供了以下几种网格更新的方法，分别是网格光顺（Ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ）方法、动态??层（Ｄｙｎａｍｉｃ?Ｌａｙｅｒｉｎｇ）方法和网格重构（Ｒｅｍｅｓｈｉｎｇ）方法。本文采用的网格都为矩形??网格，并且网格的运动只发生在一个方向上，因此，选用动态层方法来更新网格的运动，??同时通过ＵＤＦ编程控制运动边界上网格节点的运动，来模拟床层在燃烧过程中由于固??相体积的减小引起的床层下降过程。在整个计算过程中，网格的宽度始终保持不变，只??有高度在发生改变。??动态层方法是根据每个时间步长内网格位置的变化量来更新网格的运动，而每层网??格坐标位置的变化量主要受两方面因素控制：一个是当前层网格高度的变化量，另一个??则是低于当前层网格的所有网格高度的变化量。由于之前假设在整个燃烧过程中，床层??的孔隙率保持不变
【参考文献】：
期刊论文
[1]秸秆直燃锅炉燃烧数值模拟[J]. 商宇薇,吴新,吴凯,王军龙,赵长遂. 太阳能学报. 2014(07)
[2]链条炉分层燃烧的数值模型与计算[J]. 张品,杜海亮,王苑,罗永浩. 热能动力工程. 2013(01)
[3]基于床层下降的链条炉数值模型与计算[J]. 张品,杜海亮,王苑,罗永浩. 热能动力工程. 2012(03)
[4]垃圾炉一次风量对炉床燃烧影响的仿真研究[J]. 胡玉梅,方方,邵毅敏,朱新才,唐一科,王传宾. 环境工程学报. 2010(03)
[5]基于CFD的城市生活垃圾焚烧炉燃烧优化[J]. 马晓茜,刘国辉,余昭胜. 华南理工大学学报(自然科学版). 2008(02)
[6]煤无烟燃烧锅炉炉内燃烧特性分析[J]. 柏静儒,王擎,孙佰仲,刘向莉,孙键. 环境污染治理技术与设备. 2006(08)
[7]生物质燃料层热解过程的传热传质模型研究[J]. 赖艳华,马春元,施明恒. 热科学与技术. 2005(03)
博士论文
[1]高温条件下焦炭反应特性实验研究及层燃数值模拟[D]. 林鹏云.上海交通大学 2011
[2]燃煤链条锅炉燃烧的数值建模及配风与炉拱的优化设计[D]. 季俊杰.上海交通大学 2008
[3]城市生活垃圾层状燃烧过程试验研究及数值模拟[D]. 梁立刚.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]生物质成型燃料燃烧的数值模拟[D]. 随晶侠.大连理工大学 2013
[2]层燃炉中生物质燃烧性能的研究[D]. 曾帅.北京交通大学 2011
[3]配风方式对层燃炉燃烧特性影响的试验研究[D]. 常兵.上海交通大学 2007
[4]层燃式城市固体垃圾焚烧炉床内燃烧过程试验研究[D]. 郭强.哈尔滨工业大学 2006
[5]层燃炉排上城市固体垃圾燃烧过程的数值模拟[D]. 费俊.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3046115
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