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卧式循环流化床锅炉流动与燃烧特性的数值模拟

作　者: 周晓彬
导　师: 陈庚；张衍国
学　校: 北京交通大学
专　业: 工程热物理
关键词: 卧式循环流化床数值模拟双流体模型热态冷态
分类号: TK229.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

近年来,循环流化床锅炉作为高效、低污染的燃煤设备,在全世界范围内受到广泛的重视。但传统的循环流化床锅炉小型化困难,并不适宜于我国中小工业锅炉（容量＜35t/h的锅炉）居多的情况。因此对小型化的卧式循环流化床锅炉进行研究对于节省燃煤资源,减少污染物排放,具有重要意义。本文通过选用一组适用于卧式循环流化床锅炉的数学模型,对7MW卧式循环流化床锅炉进行了气固流动特性和燃烧特性的数值模拟,研究其流动、传热及燃烧特性。在卧式循环流化床气固流动特性模拟中,本文在颗粒动力学理论和欧拉双流体模型框架下,着重考察了卧式循环流化床锅炉内气固两相流动情况,得出了床内颗粒浓度在水平方向和高度方向上的非均匀分布情况,压力分布情况及局部速度分布情况,确认了环.核结构的存在。通过改变一次风量,分析得出了相应颗粒浓度、压力的变化规律;分析了不同循环倍率下,炉内流动特性。一次风量变化时,炉内压力、颗粒浓度也随之变化:当一次风量增大时,沿床高的压降减小,床层将变得更加稀薄。循环倍率对炉内流动特性的影响也很大,在密相区,循环倍率越大,则颗粒浓度越高;在稀相区,循环倍率越小,则颗粒浓度越低。总的来看,随着循环倍率增加,炉内物料循环量增大,床层颗粒浓度逐渐增加。在卧式循环流化床燃烧特性模拟中,本文得到了炉内CO浓度分布、CO₂浓度分布、氧气浓度分布、炭浓度分布、温度分布及炉内流场,并把部分模拟计算结果与热态试验结果进行对比,吻合较好。通过变工况模拟计算,分别分析了一次风与二次风比率和给料量变化的情况下,炉内流动、传热及燃烧特性。当给料量不变,总风量一定,而一二次风比例减小或增大时,密相区内床层温度相应变高或降低。当总风量不变,一二次风比例一定,而给料量增加或减少时,床温的变化滞后于给料量的变化。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-12
1 引言  12-20
  1.1 我国能源利用现状  12-13
  1.2 循环流化床技术概述  13-16
    1.2.1 发展循环流化床技术的必要性  13
    1.2.2 国内外循环流化床技术发展与应用  13-15
    1.2.3 卧式循环流化床锅炉开发与利用  15-16
  1.3 循环流化床锅炉燃烧系统数学模型研究进展  16-18
    1.3.1 国外数学模型研究进展  16-17
    1.3.2 国内数学模型研究进展  17-18
  1.4 本文研究意义  18
  1.5 本论文主要研究内容  18-20
2 卧式循环流化床炉内基本过程的数学模型  20-35
  2.1 炉内流动模型  20-26
    2.1.1 湍流模型  20-21
    2.1.2 欧拉双流体模型  21-22
    2.1.3 颗粒动力学理论  22-24
    2.1.4 基本守恒方程  24-25
    2.1.5 气固两相间作用力模型  25-26
  2.2 炉内燃烧模型  26-30
    2.2.1 组分守恒方程  26
    2.2.2 挥发份的释放与燃烧  26-27
    2.2.3 焦炭的燃烧反应  27-30
  2.3 炉内传热模型  30-34
    2.3.1 能量守恒方程  30-31
    2.3.2 炉内传热机理  31-32
    2.3.3 传热模型描述  32-34
  2.4 本章小结  34-35
3 卧式循环流化床锅炉气固流动特性的数值模拟  35-50
  3.1 问题描述  35-36
    3.1.1 研究对象  35-36
    3.1.2 基本假设  36
  3.2 计算过程  36-40
    3.2.2 网格划分  36-37
    3.2.3 求解器的选择及边界条件确定  37-38
    3.2.4 收敛性讨论  38-40
  3.3 计算结果与分析  40-49
    3.3.1 压力分布  40-42
    3.3.2 颗粒浓度径向分布  42-43
    3.3.3 局部流动结构的动态特性  43-44
    3.3.4 一次风对卧式循环流化床炉内流动特性影响  44-46
    3.3.5 循环倍率对卧式循环流化床炉内流动特性影响  46-49
  3.4 本章小结  49-50
4 卧式循环流化床锅炉燃烧特性的数值模拟  50-78
  4.1 简介  50
  4.2 问题描述  50-52
    4.2.1 研究对象  50-51
    4.2.2 物理假设  51
    4.2.3 模拟工况  51-52
  4.3 计算过程  52-54
    4.3.1 三维计算网格  53
    4.3.2 参数设置及边界条件确定  53-54
    4.3.3 收敛性讨论  54
  4.4 计算结果与分析  54-76
    4.4.1 流场分布  54-60
    4.4.2 温度分布  60-64
    4.4.3 氧气浓度分布  64-65
    4.4.4 碳浓度分布  65-66
    4.4.5 CO浓度分布  66-69
    4.4.6 CO_2浓度分布  69-74
    4.4.7 模拟结果与试验的比较  74-75
    4.4.8 配风对炉内工况的影响  75-76
    4.4.9 给料量变化对炉内工况影响  76
  4.5 本章小结  76-78
5 结论与展望  78-80
  5.1 结论  78
  5.2 展望  78-80
参考文献  80-82
作者简历  82-84
学位论文数据集  84

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