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粉煤锅炉富氧助燃数值模拟

作　者: 郑贤臣
导　师: 张曙红
学　校: 昆明理工大学
专　业: 工程力学
关键词: 数值模拟富氧助燃富氧浓度 FLUENT
分类号: TK229.63
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 34次
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内容摘要

制约人类发展的主要问题包括能源和环境,如何实现节约能源、保护环境是人类面临可持续发展的重要问题。燃煤锅炉工作时消耗大量的粉煤,同时产生大量的污染气体,富氧助燃技术可以有效的节约能源和保护环境。锅炉内的粉煤燃烧过程是非常复杂的湍流流动和反应过程,它涉及到三维湍流、多相、多组分流动；而热量的传递又包括对流换热、辐射换热、热传导；涉及到相关的化学反应又包括气相燃烧、颗粒相燃烧等。本文借助计算流体流体力学(CFD)有限元软件FLUENT对粉煤的富氧助燃进行数值模拟分析,主要研究了富氧浓度的变化对炉膛内温度场的影响以及对炉膛内的挥发颗粒的质量分数、CO2质量分数、CO的质量分数的分布影响；一、二次风速率比值的变化对炉膛内温度场的影响以及对炉膛内的挥发颗粒的质量分数、CO2质量分数、CO的质量分数的分布影响。研究表明：富氧助燃可以使炉膛内温度提高,燃烧稳定。富氧浓度的最佳范围为：29%-33%；富氧助燃可以降低炉膛内的CO的含量,表明粉煤在富氧助燃条件,燃烧更加完全,减少了灰含炭量,提高了燃尽率。同时,也降低了炉膛内挥发颗粒的质量分数；富氧浓度一定时,一、二次风速度的变化次对炉膛内的温度场、挥发颗粒的质量分数、CO2的质量分数、CO的质量分数的分布影响明显,当一、二次风的速度比值接近于1时,粉煤燃烧状况比较理想。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-10
第一章绪论  10-18
  1.1 世界能源及煤炭发展现状  10-11
    1.1.1 世界能源及煤炭发展现状  10-11
    1.1.2 中国能源及煤炭现状  11
  1.2 研究粉煤富锅炉氧助燃的背景和意义  11-13
    1.2.1 我国粉煤锅炉现状和存在的问题  11-12
    1.2.2 粉煤锅炉富氧助燃的意义  12-13
  1.3 富氧助燃技术的发展与现状  13-16
    1.3.1 富氧助燃技术介绍  13
    1.3.2 富氧技术的进展及现状  13-16
  1.4 锅炉粉煤燃烧的数值模拟  16-17
  1.5 本论文主要的研究内容、方法、结论  17-18
第二章计算流体力学CFD和模拟软件FLUENT概述  18-28
  2.1 计算流体力学CFD概述  18-24
    2.1.1 计算流体力学的主要思想  18
    2.1.2 CFD的数值求解方法概述  18-19
    2.1.3 流体力学的控制方程  19
    2.1.4 有限体积法  19-24
  2.2 模拟软件FLUENT概述  24-27
    2.2.1 FLUENT概述  24-25
    2.2.2 FLUENT软件构成  25
    2.2.3 FLUENT的功能  25
    2.2.4 FLUENT的特点  25-26
    2.2.5 FLUENT应用  26
    2.2.6 FLUENT主要模拟功能包括  26-27
    2.2.7 FLUENT先进的求解技术  27
  2.3 本章小结  27-28
第三章锅炉机组的热平衡  28-34
  3.1 热平衡方程  28
  3.2 锅炉的各项热损失  28-31
    3.2.1 排烟热损失q_2  29
    3.2.2 气体未完全燃烧热损失q_3  29-30
    3.2.3 固体未完全燃烧热损失q_4  30
    3.2.4 散热损失q_5  30
    3.2.5 灰渣物理热损失q_6  30-31
  3.3 富氧助燃技术提高锅炉热效率的理论分析  31-32
    3.3.1 减少排烟热损失  31
    3.3.2 减少机械不完全燃烧热损失  31
    3.3.3 减少化学不完全燃烧热损失  31-32
    3.3.4 减少灰渣物理热损失  32
  3.4 本章小结  32-34
第四章粉煤气固两相流流动及燃烧数值模拟方法简介  34-54
  4.1 引言  34
  4.2 粉煤气固两相流流动模型  34-39
    4.2.1 湍流流动的基本方程  34-36
    4.2.2 湍流模型  36-39
  4.3 辐射模型  39-44
    4.3.1 辐射模型概述  39-41
    4.3.2 燃烧辐射模型  41
    4.3.3 P-1辐射模型概述  41-44
  4.4 挥发分析出模型  44-46
    4.4.1 挥发分析出模型  44-46
  4.5 挥发分燃烧模型  46-48
  4.6 粉煤的焦炭反应模型  48-49
  4.7 离散相模型  49-52
    4.7.1 概述  49-50
    4.7.2 颗粒轨道的计算  50-52
  4.8 本章小结  52-54
第五章富氧助燃煤燃烧数值模拟  54-76
  5.1 引言  54
  5.2 炉膛结构  54-55
  5.3 粉煤富氧助燃的数值模拟  55-75
    5.3.1 模拟工况以及所用的煤种分析  55-56
    5.3.2 计算区域网格划分、计算模型及边界条件  56-58
    5.3.3 数值模拟结果  58-75
  5.4 本章小结  75-76
第六章全文总结与展望  76-78
  6.1 全文总结  76
  6.2 本文得到的主要结论  76
  6.3 展望  76-78
致谢  78-80
参考文献  80-84
附录 (攻读硕士期间发表的论文)  84

粉煤锅炉富氧助燃数值模拟

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