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450MW对冲旋流燃煤锅炉富氧燃烧过程的数值模拟

作　者: 周万青
导　师: 李先春
学　校: 辽宁科技大学
专　业: 工程热物理
关键词: 对冲旋流锅炉富氧燃烧数值模拟污染物控制
分类号: TK229.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 28次
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内容摘要

火电厂燃煤引起的环境污染日益严重地危害着人类自身健康和生存环境。其排放的污染物主要有NO_X、SO₂和CO₂，对于燃煤锅炉污染物的控制方法，国内外很多学者已经做了大量的研究工作。Oxy-fuel燃烧技术作为一种新型的燃烧技术，在不需分离就可收集CO₂的同时处理SO₂及减少NO_X的排放，对环境问题具有现实意义。与四角切圆相比，使用旋流燃烧器的对冲锅炉在抗结渣腐蚀、低负荷稳燃、烟温偏差等方面有独特的优势，也是将来电厂大型化锅炉发展的需要。为了降低污染物的排放，本文结合CFD技术，对对冲旋流燃煤锅炉富氧燃烧的特性进行数值模拟。具体工作和结论如下：对单个新型内直流外旋流燃烧器进行冷态数值模拟，研究了旋流强度对中心回流区的影响。结果表明，当旋流强度从0.79到1.28，中心回流区的直径增加了20%，回流区长度增加了50%；若旋流强度大于1.28，回流区有减小的趋势。在单个旋流燃烧器的研究基础上，对使用该燃烧器的锅炉炉内的燃烧过程进行了详细的数值模拟，发现各燃烧器独立燃烧，相互间影响较小；气流进入炉膛后形成回流区，炉膛内火焰充满度良好，烟温分布合理，能够保证煤粉着火和燃烧过程不受燃烧组织优劣的影响。将富氧燃烧技术应用于450MW旋流燃煤锅炉上，研究富氧燃烧条件下的着火特性得出：当O₂浓度为21%时，炉内的温度水平要远低于空气气氛下的温度水平，且炉内的温度水平随O₂浓度的提高而升高。煤粉的燃烧得到强化，燃烧速度加快。NO的生成量较空气气氛下大大降低，其生成量约为空气气氛下的1/4¹/2，随着进口烟气中O₂浓度的增加，NO的生成量升高；SO₂生成量较空气气氛下明显降低，且随着进口烟气中O₂浓度的增加而升高。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
主要符号说明  7-9
目录  9-12
1.绪论  12-17
  1.1 课题背景及意义  12-13
  1.2 富氧燃烧的研究进展  13-14
  1.3 燃煤锅炉炉内过程数值模拟的研究现状  14-15
  1.4 论文研究的主要内容  15-17
2.煤粉锅炉炉内燃烧过程的数学模型  17-32
  2.1 气相流动模型  17-18
  2.2 气固两相流动模型  18-19
  2.3 气相湍流燃烧模型  19-20
  2.4 传热模型  20-21
  2.5 挥发分析出模型  21-25
    2.5.1 惯性加热阶段  21-22
    2.5.2 挥发分析出阶段  22-24
    2.5.3 表面燃烧阶段  24-25
  2.6 氮氧化物的生成模型  25-29
  2.7 硫氧化物的生成模型  29-31
  2.8 本章小结  31-32
3.新型旋流燃烧器的冷态模拟  32-44
  3.1 几何模型的建立  32-33
  3.2 网格划分  33-34
  3.3 煤种的性质  34
  3.4 计算模型的选取和入口条件的确立  34-37
  3.5 收敛判据  37
  3.6 模拟结果与分析  37-44
    3.6.1 旋流强度对回流区的影响  37-39
    3.6.2 最佳旋流强度下的空气动力场模拟  39-44
4.实际运行工况下炉内燃烧的模拟结果  44-55
  4.1 450MW 锅炉简介  44-45
  4.2 锅炉的燃烧模拟  45-46
    4.2.1 网格划分  45-46
    4.2.2 计算模型和边界条件  46
  4.3 模拟结果及分析  46-55
    4.3.1 速度场  46-48
    4.3.2 温度场  48-50
    4.3.3 组分浓度分布  50-53
    4.3.4 壁面热负荷分布  53-54
    4.3.5 煤粉的颗粒轨迹分布  54-55
5.富氧燃烧模拟结果及分析  55-63
  5.1 炉膛截面的温度场分布  55-57
  5.2 炉膛横截面的辐射力分布  57
  5.3 炉膛内的组分浓度场分布  57-61
  5.4 炉膛内煤粉颗粒轨迹分布  61-63
6.结论与展望  63-65
  6.1 结论  63-64
  6.2 展望  64-65
参考文献  65-68
致谢  68-69
作者简介  69-70

450MW对冲旋流燃煤锅炉富氧燃烧过程的数值模拟

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