四墻切圓煤粉燃燒室內(nèi)湍流氣固兩相流動與燃燒數(shù)值模擬的研究.pdf

1、我國能源生產(chǎn)和消費(fèi)的主要特點(diǎn)是以煤為主。同時煤燃燒是我國生態(tài)環(huán)境破壞的最大污染源。切向煤粉燃燒技術(shù)是大型電站鍋爐采用的主要燃燒方式，特別是四墻切圓燃燒技術(shù)作為一種新的切向燃燒方式有較好的工程應(yīng)用前景。完善這一燃燒技術(shù)需要研究解決的關(guān)鍵問題之一是，找到既保證充分燃燒又抑制氮氧化物等污染物生成的燃燒條件。本課題研究的主要內(nèi)容為首先建立關(guān)于燃燒的合理的數(shù)學(xué)模型，然后用數(shù)值模擬方法分析四墻切圓煤粉燃燒室內(nèi)湍流流場、溫度場、濃度場，并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)作

2、對照以證明模型的合理性。在此基礎(chǔ)上分析過量空氣系數(shù)或煤粉濃度對燃燒和氮氧化物生成的影響。 本文以一臺1MW的四墻切圓煤粉燃燒室為研究對象，對爐內(nèi)的溫度場以及污染物的濃度場進(jìn)行了計(jì)算分析。本文作者根據(jù)上下爐膛的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和流動特點(diǎn)，采用了將網(wǎng)格系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)一定角度的方法來對燃燒器區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并采用塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格方法和網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)整個爐膛的網(wǎng)格劃分和加密。這種網(wǎng)格劃分的方法可以有效的減小數(shù)值模擬中的偽擴(kuò)散，大大減輕了網(wǎng)格生成的

3、難度，使網(wǎng)格數(shù)量不至于過大，有效地節(jié)省了計(jì)算所花費(fèi)的時間。 對于氣相流場，本文作者在比較了可實(shí)現(xiàn)性k-ε雙方程模型和雷諾應(yīng)力模型的計(jì)算結(jié)果后，發(fā)現(xiàn)可實(shí)現(xiàn)性k-ε雙方程模型在得到較好的計(jì)算結(jié)果的同時能夠節(jié)省較多的機(jī)時，最終采用了可實(shí)現(xiàn)性k-ε雙方程模型。對流項(xiàng)的離散采用精確度較高的QUICK格式。在模擬兩相流中的顆粒軌跡時采用顆粒軌道模型，顆粒的湍流擴(kuò)散是通過隨機(jī)軌道模型來模擬的。用混合物分?jǐn)?shù)-概率密度函數(shù)模型模擬氣相湍流燃燒；用

4、P-1輻射模型計(jì)算輻射傳熱。 對煤粉燃燒過程的揮發(fā)份析出分別采用單步反應(yīng)模型和兩步競爭反應(yīng)模型；對焦炭異相燃燒分別采用擴(kuò)散燃燒模型和擴(kuò)散/動力燃燒模型。將這四個模型兩兩組合得到的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)測得數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較分析，最終確定揮發(fā)份析出采用兩步競爭反應(yīng)速率模型、焦炭異相燃燒采用擴(kuò)散/動力燃燒模型較適合于描述四墻切圓煤粉燃燒室內(nèi)的燃燒過程。 模擬計(jì)算表明，增大過量空氣量會導(dǎo)致燃燒效率的降低和NO排放量的增加，因此應(yīng)該將空氣過