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煤粉旋流燃烧器富氧点火流动与燃烧过程数值模拟

作 者: 杜小丽
导 师: 陆慧林
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 热能工程
关键词: 煤粉 旋流燃烧器 富氧点火 流动与燃烧
分类号: TM621.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要


全球经济突飞猛进的发展,使得能源与环境的问题日益凸显,特别是中东地区石油储量相对丰富,而世界的经济贸易主要集中在美欧大陆,使得美欧与中东关系剑拔弩张、战事一触即发。节约石油资源刻不容缓,针对火力发电厂锅炉设备启动过程需要投放大量的助燃油,本论文结合煤粉富氧燃烧特性,试图将其应用到煤粉锅炉点火过程以达到节约柴油的效果。煤粉富氧点火技术是最近几年新兴的点火技术,尚处于试验模拟阶段,将煤粉燃烧过程中碳捕集的富氧燃烧技术应用到煤粉燃烧器点火燃烧中,期望达到最大限度的节约锅炉启动过程助燃油投放量。煤粉颗粒点火成功与否的关键在于引燃后煤粉颗粒流能否维持稳定的燃烧。煤粉富氧点火是非稳态燃烧过程,属于强迫点火范畴,关键在于寻找适合煤粉点火的富氧程度。提高一次风的氧气份额,使得煤粉的初级燃烧(热解出的挥发分气相燃烧及部分残碳表面的异相燃烧)具备更充分的氧化剂,提高初级燃烧程度燃烧速度自然得到提高,温度场水平也随之升高,煤粉颗粒的燃烧也就更加完善,另外富氧氛围使得更多的CO反应生成CO2,降低烟气中的CO含量。可见,煤粉富氧点火技术是集节能与环保于一体的新型煤粉点火技术。本文主要针对煤粉旋流燃烧器的点火燃烧过程展开研究,以FLUENT软件为依托,对旋流燃烧器中的单相流动、气固两相流动以及煤粉颗粒与空气、富氧空气热态反应过程进行数值模拟。选用涡耗散模型对煤粉颗粒的着火燃烧过程进行湍流燃烧模拟。旨在分析较适合煤粉旋流燃烧器的富氧点火工况,兼顾煤粉颗粒粒径、输煤比及反应区温度水平、速度场、压力场,同时还要考虑氮氧化物的生成情况,综合各大因素,分析得出相对合理的煤粉富氧着火燃烧的工况。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-23
  1.1 研究背景  10-14
    1.1.1 国内外岌岌可危的能源现状  10-12
    1.1.2 富氧燃烧及点火的研究背景  12-14
  1.2 煤粉燃烧器研究现状  14-17
    1.2.1 直流煤粉燃烧器  14-15
    1.2.2 旋流燃烧器  15-16
    1.2.3 新型煤粉燃烧器  16-17
  1.3 常见的煤粉点火技术工作机理  17-21
    1.3.1 小油枪点火技术  17
    1.3.2 微油点火技术  17-18
    1.3.3 等离子点火技术  18-19
    1.3.4 电热管点火技术  19
    1.3.5 感应式加热点火技术  19-20
    1.3.6 富氧点火技术  20-21
  1.4 本文研究内容  21-22
  1.5 本章小结  22-23
第2章 煤粉气固两相湍流流动与燃烧模型概述  23-38
  2.1 煤粉气相流动模型  23-26
    2.1.1 湍流模型分类  23
    2.1.2 标准 k-ε模型  23-24
    2.1.3 RNG(重整化群)k-ε 模型  24-25
    2.1.4 REALIZABLE(可实现)k-ε 模型  25-26
  2.2 煤粉颗粒流动模型  26-28
    2.2.1 主要的颗粒相模型  26-27
    2.2.2 随机轨道模型  27
    2.2.3 连续相和离散相耦合  27-28
  2.3 煤粉颗粒湍流燃烧模型  28-31
    2.3.1 煤粉颗粒热解的挥发分析出模型  28-29
    2.3.2 碳的表面反应模型  29-31
  2.4 煤粉颗粒的湍流燃烧模型  31-35
    2.4.1 涡耗散模型  32
    2.4.2 涡耗散概念模型  32-33
    2.4.3 概率密度模型  33-35
  2.5 辐射模型  35-36
  2.6 数值计算流程  36
  2.7 本章小结  36-38
第3章 煤粉旋流燃烧器点火过程的冷态模拟  38-53
  3.1 计算条件及结构  38-39
    3.1.1 计算条件  38
    3.1.2 计算网格结构  38-39
  3.2 气相流动数值计算  39-45
    3.2.1 空气流动  39-42
    3.2.2 富氧空气的流动  42-45
  3.3 气-固两相流  45-52
    3.3.1 喷入固体颗粒对气相流动的影响  45-48
    3.3.2 煤粉质量流量相同改变一次风速对煤粉颗粒浓度分布的影响  48-49
    3.3.3 相同输煤比增加一次风速度对煤粉颗粒浓度分布的影响  49-50
    3.3.4 中心通纯氧对煤粉颗粒浓度趋势的影响程度  50-52
  3.4 本章小结  52-53
第4章 煤粉旋流燃烧器点火过程的热态模拟  53-70
  4.1 煤粉-空气热态反应  53-58
    4.1.1 煤粉-空气燃烧反应数值模拟的温度场、压力场、速度场  53-55
    4.1.2 煤粉-空气非稳态反应过程气流速度  55-57
    4.1.3 煤粉颗粒着火燃烧过程的反应物生成物的份额  57-58
  4.2 一次风流速对煤粉颗粒着火燃烧的影响  58-61
  4.3 富氧空气-煤粉热态反应数值模拟  61-64
    4.3.1 一次风整体富氧对煤粉颗粒着火燃烧过程的影响  61-64
  4.4 煤粉颗粒粒径对煤粉热态反应的影响  64-66
  4.5 改变输煤比对煤粉颗粒热态反应的影响  66-68
  4.6 本章小结  68-70
结论  70-72
参考文献  72-77
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  77-79
致谢  79

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 发电、发电厂 > 发电厂 > 火力发电厂、热电站 > 锅炉及燃烧系统
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