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W型煤粉—流化床炉内的两相流动数值模拟

于文浩  
【摘要】:煤炭资源一直在我国的工业发展中扮演很重要的角色,无烟煤以及贫煤在煤炭总量中所占比例很大,因此近些年我国电厂陆续采用W型火焰燃烧技术的相关锅炉,专门用于燃烧无烟煤。W型火焰锅炉虽然有燃烧效率高等一系列优点,但是暴露出的结构复杂、NO_x排放量高、燃烧稳定性差等问题一直制约和影响W型火焰锅炉的发展。引入复合燃烧技术以及复合锅炉改造技术的方案是改进W型火焰锅炉的不错的选择。本文针对某厂350MW亚临界W型火焰锅炉进行复合锅炉技术改造,采用调整冷灰斗倾角,在下方续接鼓泡流化床的方案,充分利用流化床的稳定燃烧、脱硫效率高、负荷调节范围大等优势弥补W型火焰锅炉不足。由于时间和资金问题,现阶段只针对复合锅炉进行数值模拟计算,研究分析W型煤粉-流化床复合锅炉的流场特性以及异相反应的燃烧特性。本文使用欧拉-欧拉双流体等模型,在原W型火焰锅炉配风不变的情况下,模拟选取3个不同流化速度,研究流化床中不同大小流化速度对W型煤粉-流化床复合炉的流场特性的影响。通过分析不同工况的中心截面的流场和浓度场分布,流化速度可以影响到“W”型气流的形成、空间位置的高低以及流场的对称性。通过观察三次风口横截面空气、小颗粒的速度云图,可以更直观地分析“W”型气流的位置变化;通过在不同高度截线分析,研究空气、不同粒径的颗粒的浓度分布和速度分布,从而推出合理工况以及不同流化速度对整个流场的影响;在流场合理的工况中,截选多个横截面,观察分析整个复合炉的流场特性。选取流化床流化速度为1.3m/s的工况,保持配风风率不变,只改变三次风下倾角度,模拟选择下倾角度为0°、15°、30°、45°和60°一共五个工况,研究分析三次风倾角对复合炉流场的影响。通过对比五个工况中心截面上的浓度、速度分布,得出流场分布左右对称的三次风倾角。通过分析下行速度衰减曲线以及不同高度截线上的速度分布,进一步研究三次风倾角对复合炉流场的影响。针对W型煤粉-流化床复合炉内燃烧模拟计算,先是对燃烧反应模型的简化和设计,简化之后的燃烧过程主要是碳颗粒与氧气、二氧化碳进行的异相反应,并编写UDF控制化学反应速率。选用流化速度为1.3m/s的工况,设置合理的边界条件进行燃烧模拟计算。选取炉膛中心截面研究分析流场、温度场和浓度场的分布。三次风中心截面上的速度和温度分布反映出三次风口的流场分布和燃烧状况。选取三个不同截面上的中轴线上点的数据分析炉内温度、速度和浓度分布。同时又在复合炉三个不同区域选取不同高度的截线,分别研究W型火焰锅炉、流化床以及两者之间的过渡区域内的速度和温度分布。


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