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670t/h四角切圆锅炉炉内煤粉燃烧过程的数值模拟

作　者: 董海梅
导　师: 孙绍增
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 热能工程
关键词: 数值模拟 立体分级燃烧 燃尽风 NO_x 四角切圆锅炉
分类号: TK224.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


立体分级低NOx燃烧系统由低NOx燃烧器的燃料水平分级和高位燃尽风空气垂直分级技术有机耦合而成。本文利用CFD平台,对采用了立体分级低NOx燃烧系统的一台670t/h四角切圆锅炉运行过程中的燃烧和NOx排放特性进行模拟,其中气相湍流流动采用可实现的k ?ε双方程模型,气固两相流动采用随机轨道模型,辐射换热采用P-1辐射模型,挥发分析出采用双竞争反应热解模型,挥发分燃烧模型采用混合分数PDF法,焦炭燃烧采用扩散-动力模型,得到了炉膛内烟气温度场和燃烧产物的组分浓度分布,并对正常配风工况下的温度、氧量和NOx排放浓度与试验值进行对比,发现模拟值与试验值吻合较好,验证了数值模拟的可靠性和精确度,证明了立体分级燃烧技术具有稳燃和降低NOx排放的性能。论文对不同二次风分配方式、过量空气系数和燃尽风布置方式进行了模拟研究。二次风正常配风与推迟配风方式两种工况的模拟结果表明:对本文的研究对象而言,正常配风方式更有利于NOx排放量的降低。过量空气系数对NOx排放影响较大,随过量空气系数的减少,炉膛出口氧量降低,NOx排放量也降低。开启燃尽风的工况和不开启燃尽风的工况模拟结果表明,空气分级技术有效抑制了NOx生成。燃尽风位置增高,即煤粉从主燃区运行到燃尽区的停留时间从0.35s延长到0.65s,有利于减少NOx排放量,但是达到0.65s以后,继续提高燃尽风的位置对减少NOx排放没有正面影响。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章 绪论  9-15
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 课题的来源与意义  10
  1.3 国内外研究现状  10-12
  1.4 FLUENT 软件简介  12-13
    1.4.1 FLUENT 软件的模型  12-13
    1.4.2 利用FLUENT 软件的优势  13
  1.5 主要研究内容  13-15
第2章 燃煤锅炉炉内过程数值模拟的相关模型  15-36
  2.1 气相湍流模型  15-22
    2.1.1 微观模拟  15-17
    2.1.2 概率密度函数模拟  17
    2.1.3 统观模拟  17-19
    2.1.4 本文选用的气相湍流模型  19-22
  2.2 气固两相湍流模型  22-27
    2.2.1 单流体模型  23
    2.2.2 小滑移模型  23
    2.2.3 双流体模型  23-24
    2.2.4 颗粒轨道模型  24
    2.2.5 本文选用的模型  24-27
  2.3 辐射换热模型  27-29
    2.3.1 区域法  27
    2.3.2 热流法  27-28
    2.3.3 蒙特卡洛法  28
    2.3.4 数论法  28
    2.3.5 离散坐标法  28-29
    2.3.6 本文选用的模型  29
  2.4 煤粉燃烧模型  29-35
    2.4.1 挥发分析出模型  30-32
    2.4.2 挥发分燃烧模型  32-33
    2.4.3 焦炭燃烧模型  33-35
    2.4.4 本文所选用的模型  35
  2.5 本章小结  35-36
第3章 燃煤锅炉NO_x生成模型  36-43
  3.1 煤粉燃烧过程中NO_x 的生成机理  36-40
  3.2 NO_x 模拟方法  40-42
  3.3 本章小结  42-43
第4章 炉内冷态过程的数值模拟  43-50
  4.1 研究对象概况  43-45
    4.1.1 锅炉概况  43
    4.1.2 燃烧器的布置情况  43-45
  4.2 网格与计算方法  45-47
  4.3 模拟结果与分析  47-49
    4.3.1 冷态工况简介  47
    4.3.2 模拟与实验结果对比  47-49
  4.4 本章小结  49-50
第5章 炉内热态过程的数值模拟  50-60
  5.1 热态模拟概况  50
  5.2 模拟结果及分析  50-59
    5.2.1 计算工况的说明  50-52
    5.2.2 模拟方法的准确性验证  52
    5.2.3 炉内流场分析  52-54
    5.2.4 温度场分析  54-56
    5.2.5 气体组分分布  56-59
  5.3 本章小结  59-60
第6章 炉内NO_x数值模拟  60-78
  6.1 模拟方法及结果分析  61-63
    6.1.1 FG-DVC 热解数据与常规方法模拟氮氧化物的比较  61-63
    6.1.2 NO 浓度场分析  63
  6.2 二次风配风方式对氮氧化物排放的影响  63-67
  6.3 过量空气系数对氮氧化物排放的影响  67-70
  6.4 燃尽风对氮氧化物排放的影响  70-73
  6.5 燃尽风高度对氮氧化物排放的影响  73-76
  6.6 本章小结  76-78
结论  78-80
参考文献  80-85
攻读学位期间发表的学术论文  85-89
致谢  89

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 蒸汽动力工程 > 蒸汽锅炉 > 炉内过程与锅内过程 > 炉内过程 > 燃烧过程
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