鼓泡流化床O2-CO2氣氛煤燃燒數(shù)值模擬的研究.pdf

1、溫室氣體CO2的排放已經(jīng)成為國(guó)際社會(huì)高度關(guān)注的焦點(diǎn)。流化床O2/CO2燃燒技術(shù)近年來(lái)被認(rèn)為是最具前景的燃煤電廠(chǎng)CO2捕獲技術(shù)之一。目前對(duì)于該項(xiàng)技術(shù)燃燒機(jī)理的研究尚處于發(fā)展過(guò)程中，數(shù)值模擬作為一種有效的研究手段，被廣泛應(yīng)用于該項(xiàng)技術(shù)基礎(chǔ)性問(wèn)題的研究。然而現(xiàn)有的流化床O2/CO2煤燃燒數(shù)學(xué)模型大部分都與空氣氣氛下的相同，有必要對(duì)新的燃燒氣氛下的模型進(jìn)行研究。因此，通過(guò)研究適用于流化床O2/CO2煤燃燒過(guò)程的數(shù)值模擬方法，對(duì)進(jìn)一步深入了解燃燒

2、機(jī)理和指導(dǎo)該項(xiàng)技術(shù)更好地工業(yè)應(yīng)用，具有重要的理論意義與應(yīng)用價(jià)值。
　　本文以自建6 kWth鼓泡流化床爐膛為研究對(duì)象，對(duì)流化床O2/CO2氣氛煤燃燒的數(shù)值模擬方法進(jìn)行了探討，并對(duì)O2/CO2氣氛下輻射模型和揮發(fā)分析出模型的改進(jìn)進(jìn)行了研究。首先，基于歐拉-歐拉雙流體框架，建立了O2/CO2氣氛下流化床煤燃燒的二維綜合CFD模型。在模型的建立過(guò)程中，對(duì)燃燒和化學(xué)反應(yīng)均選取了適用于O2/CO2氣氛的計(jì)算參數(shù)，考慮了焦炭氣化反應(yīng)和輻射傳熱

3、的影響。其次，應(yīng)用所建的綜合CFD計(jì)算模型，對(duì)O2/CO2氣氛下考慮輻射傳熱和不考慮輻射傳熱的流化床內(nèi)煤燃燒過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究了是否考慮輻射傳熱對(duì)O2/CO2氣氛下流化床內(nèi)流動(dòng)、傳熱和燃燒特性的影響。再次，對(duì)O2/CO氣氛下不同輻射模型的流化床內(nèi)煤燃燒過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了P1和DO輻射模型對(duì)O2/CO2氣氛下流化床內(nèi)流場(chǎng)、溫度場(chǎng)以及燃燒特性的影響。最后，對(duì)O2/CO2氣氛下不同熱解模型的流化床內(nèi)煤燃燒過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析

4、了傅-張通用熱解模型、單方程模型和雙方程模型對(duì)O2/CO2氣氛下流化床內(nèi)揮發(fā)分析出與燃燒、煤粉著火性能和火焰特性、炭粒的燃燒和焦炭氣化反應(yīng)以及爐膛出口氣體濃度預(yù)測(cè)的影響。所有上述數(shù)值模擬工況均在自建鼓泡流化床上進(jìn)行了相應(yīng)條件的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　數(shù)值模擬研究結(jié)果表明:O2/CO2氣氛下流化床內(nèi)煤燃燒的氣固兩相流動(dòng)的環(huán)-核分布特征明顯，密相區(qū)和稀相區(qū)存在一定溫差，給煤口和二次風(fēng)口附近均出現(xiàn)了局部高溫區(qū)。O2CO2氣氛下輻射傳熱對(duì)流化床內(nèi)

5、燃燒過(guò)程具有較大影響，流化床內(nèi)溫度高于1040K時(shí)，輻射傳熱影響顯著;相較于未考慮輻射傳熱的工況，添加輻射模型時(shí)流化床內(nèi)密相區(qū)溫度整體降低90K左右，稀相區(qū)溫度降低更加明顯;輻射模型的添加使得氣體溫度模擬值與實(shí)驗(yàn)值誤差降低了3.6％，模擬結(jié)果更為準(zhǔn)確;添加輻射模型后爐膛的溫度降低，使得焦炭氣化反應(yīng)速率減小，密相區(qū)CO濃度降低。O2/CO2氣氛下，相比P1輻射模型，DO模型溫度場(chǎng)模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值吻合更好，對(duì)CO的濃度模擬誤差降低了4.1％