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基于EMMS曳力模型的提升管内流动及污染物控制模拟研究

高洪达  
【摘要】:循环流化床锅炉因其自身具备广泛的燃料适应性、较高的燃烧效率与较低的燃烧过程中NOX污染物排放等优良特性而在燃煤工业中得到了广泛应用。随着国内与国际对环保的要求日益提高,如何在流化床高效燃烧的基础上进一步降低污染物排放值得更加深入的研究。因此,本文采用双流体模型对流化床提升管内的流动燃烧及污染物控制进行数值模拟研究。数值模拟中,建立正确的数学模型至关重要,本文研究对象流化床提升管具有较大几何尺度,运用格子-玻尔兹曼模型和离散颗粒模型虽然能准确描述每个颗粒的运动但应用于本文研究中计算效率过低,由于流化床内颗粒具有流态化状态,在本文中应用基于颗粒动理论的双流体模型可以准确描述颗粒流动及燃烧反应。双流体模型中,曳力系数对颗粒流动影响巨大,本文分别运用HuilinGidaspow曳力模型和EMMS曳力模型对颗粒流动状态进行数值模拟,发现在本文工况下运用EMMS曳力模型的模拟结果与Zhou等人的实验数据对照更好,故在后文中运用EMMS曳力模型进行模拟。对提升管内颗粒流动特性研究发现,提升管内中心颗粒上升,边壁颗粒下降,呈现出环-核流动状态。参照Zhou等人的实验进行二维提升管模拟研究,并对240t/h循环流化床锅炉进行三维提升管模拟,在模拟中均改变钙硫比与过量空气系数进行对比研究。煤的热解、焦炭和挥发分的燃烧反应主要在给煤口附近发生;各个工况下随着高度上升,温度先在给煤口附近上升,然后遇到冷的二次风下降,然后由于部分挥发分燃烧温度再次上升,到出口附近由于挥发分和氧气都消耗殆尽温度再次下降;随着过量空气系数上升,提升管温度下降,随着钙硫比增大,提升管温度下降;在钙硫比一定时,随着过量空气系数的上升出口污染物NO排放量升高,出口污染物SO_2的排放量降低;在过量空气系数一定时,随着钙硫比的升高,NO排放量升高,SO_2排放量降低。


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