循環(huán)流化床內(nèi)多組分顆粒流化特性的數(shù)值研究.pdf

1、循環(huán)流化床鍋爐（CFB）技術(shù)是一項近20年來才發(fā)展起來的燃煤技術(shù)，因其燃燒效率高、污染物排放低和燃料適應(yīng)性強等契合能源發(fā)展趨勢的特色優(yōu)勢，受到廣泛的關(guān)注和研究。然而在其內(nèi)部稠密氣固兩相流動過程中，高隨機性、多種作用耦合和固相屬性不均等復(fù)雜因素給數(shù)值研究帶來了很大的困難。
　　目前的數(shù)值研究中，由于模擬條件的限制和實際物性的復(fù)雜，對于寬篩分的煤炭顆粒進行理想化處理已經(jīng)成為共識。大多數(shù)的循環(huán)流化床內(nèi)的流動、燃燒傳熱反應(yīng)模擬主要基于平均

2、顆粒屬性（包括粒徑和密度）的假設(shè)，極大減少了計算量和對數(shù)學(xué)模型的要求。然而實際床料顆粒的粒徑和密度等屬性存在明顯差異，單組分顆粒的模擬過度簡化，將對模擬結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。在多組分顆粒流化模擬方面，盡管有雙組分顆粒模擬的先例，然而模型依舊很不完善，忽略了顆粒間碰撞的動量交換，且兩種顆粒的假設(shè)并不夠典型。因此有必要建立一套基于多組分顆粒假設(shè)的模擬模型，并對循環(huán)流化床內(nèi)的流動和燃燒進行數(shù)值模擬研究，進行氣固兩相流向?qū)嶋H寬篩分顆粒體系發(fā)展的探

3、索，為循環(huán)流化床甚至內(nèi)部存在氣固流動的化工設(shè)備的發(fā)展提供數(shù)值借鑒。
　　根據(jù)煤炭顆粒粒徑符合Rosin-Rammler分布的特點，將顆粒粒徑細化為典型的細、中、粗三組分顆粒群進行研究，以顆粒動力學(xué)理論為出發(fā)點，考慮多組分顆粒間的各種相互作用，運用雙流體模型，建立基于氣體-多組分顆粒的數(shù)值模擬模型。模擬采用多相流程序軟件，由于其開源特性，更便于根據(jù)需要搭配模型。文中詳細分析了固相應(yīng)力模型和關(guān)鍵的顆粒動力學(xué)相關(guān)理論，之后考慮多組分煤炭

4、顆粒燃燒的主要反應(yīng)，編寫并調(diào)試了完整的模擬程序。
　　本文進行了三維流化床提升管的模型驗證對比、二維冷態(tài)循環(huán)流化床流動模擬和熱態(tài)流化床燃燒模擬。提升管的模擬驗證了模型的可行性，對比了多組分顆粒假設(shè)相比于單組分顆粒的優(yōu)點，并對比了兩種主要固相應(yīng)力模型的區(qū)別。冷態(tài)循環(huán)流化床模擬得出關(guān)于多組分顆粒存在時濃度場、速度場、湍動度等流場特性，并分析顆粒密度、流化氣速對多組分顆粒群的流動影響。最后進行了二維流化床熱態(tài)燃燒模擬，燃燒主要考慮了煤的