生物質(zhì)層燃爐內(nèi)燃燒特性的數(shù)值模擬研究.pdf

1、生物質(zhì)作為一種可再生的環(huán)保能源,其利用在世界范圍內(nèi)正起到越來越重要的作用。由于爐排爐適應性強,可以焚燒不同水分含量的燃料并且很少需要對燃料進行預處理,故爐排爐在生物質(zhì)直燃獲取熱能和動力領(lǐng)域內(nèi)是一種頗具競爭力的技術(shù)。
　　在計算流體力學(CFD)軟件PHOENICS和FLUENT平臺上,分別模擬生物質(zhì)爐排爐內(nèi)爐排上燃燒及稀相空間的燃燒并進行耦合。計算中燃料層的燃燒采用一維非穩(wěn)態(tài)模型獲取從燃料層向稀相空間逸出的氣體溫度、速度和各成分濃

2、度分布;稀相空間使用床層模型的輸出作為邊界條件進行稀相空間氣相混合和燃燒的CFD數(shù)值模擬,包括飛灰顆粒在稀相空間的燃盡,提供稀相空間中火焰和壁面向燃料層的輻射熱流密度。重復以上兩個步驟直至前后兩次計算之間逸出床層的可燃氣體以及燃料層表面輻射熱流密度的變化控制在允許范圍內(nèi)為止。
　　在床層模擬中添加NOx前驅(qū)產(chǎn)物生成模塊,獲得沿床層方向生物質(zhì)燃料層逸出氣體中NO、HCN等NOx前驅(qū)產(chǎn)物濃度分布,并使用FLUENT自帶的NOx后處理模

3、塊模擬了稀相空間中NOx前驅(qū)產(chǎn)物的轉(zhuǎn)換,得出結(jié)論:NO生成的主要區(qū)域是在爐排前半部分燃料層表面;通過空氣分級技術(shù)合理布置富氧和貧氧區(qū)域,抑制HCN氧化為NO,促進其還原NO生成N2;可以最大限度的減少NO排放。
　　在生物質(zhì)爐排爐耦合數(shù)值模擬模型的基礎(chǔ)上,進行一25MW生物質(zhì)水冷往復爐排爐膛幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計及配風設(shè)計,研究爐膛幾何結(jié)構(gòu)及配風對生物質(zhì)爐排爐燃燒特性的影響,得到了爐膛內(nèi)溫度、速度、煙氣成分分布。數(shù)值模擬結(jié)果表明:動量合成法

4、設(shè)計的爐膛不適合生物質(zhì)鍋爐;生物質(zhì)鍋爐宜采用較高、較短的后拱;后拱傾角在40°到50°之間變化時,對爐內(nèi)生物質(zhì)燃燒的影響不大;后拱二次風下傾角度取20°時,下爐膛火焰中心位置適中;后拱下方回旋區(qū)域較大,延長可燃氣體和飛灰行程,形成穩(wěn)定的高溫燃燒區(qū),促進飛灰和底灰殘?zhí)康娜急M;還可以形成較大范圍的貧氧區(qū),降低NO排放。采用先進的燃盡風布置方式如“雙旋流”布置,有助于提高上部爐膛火焰充滿度,均勻屏區(qū)和爐膛出口的煙氣溫度;下部爐膛增設(shè)循環(huán)風有助

5、于降低下部爐膛的溫度水平,延緩下部爐膛尤其是喉口處的結(jié)渣;改善煙氣的混合,促進可燃物的燃盡。再循環(huán)百分數(shù)在合理范圍內(nèi)的再循環(huán)煙氣還可以降低NO排放。循環(huán)風通入位置對鍋爐燃燒工況有重要作用,因后拱二次風通入的地方正是水冷壁熱負荷較大的區(qū)域,所以循環(huán)風布置在此處有助于降低此處的結(jié)渣,保護后拱二次風噴口。本文還采用不同入爐燃料后對爐排爐內(nèi)燃燒進行耦合模擬,得到的結(jié)論是:燃料中灰分和水分的變化會對鍋爐內(nèi)燃燒工況產(chǎn)生影響,所設(shè)計爐膛對燃料變化具有