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1900t/h锅炉燃烧及NO_x生成过程的数值模拟

作　者: 李朋
导　师: 苟小龙
学　校: 重庆大学
专　业: 动力工程及工程热物理
关键词: 煤粉锅炉氮氧化物形成简化机理涡团耗散概念模型
分类号: TK227.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 114次
引　用: 1次
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内容摘要

氮氧化物(NO_x)作为一种最重要的污染排放物,通过燃煤产生的比例达到了67%。为了降低污染物的排放和提高锅炉热效率,通过优化运行使煤得到高效、清洁利用显得至关重要。控制NO_x的排放量已经成为电力工业发展所面临的一大重要课题。因此,研究煤燃烧过程中NO_x的形成机理及其控制方法,对促进国民经济发展和改善生态环境具有重要的现实意义。本文以某1900t/h四角切圆煤粉锅炉为研究对象,对炉膛内煤粉的流动、燃烧及NO_x的生成过程进行了数值模拟。根据炉膛的结构和流动特点,将整个炉膛划分为燃烧器区域、燃烧器上部区域、燃烧器下部区域、炉膛拐角区域和水平烟道区域共五个计算区域块。在燃烧器区域块中,燃料及产物的速度及温度变化非常剧烈,所以该部分区域的网格划分比较密;燃烧器下部区域及水平烟道区域的网格逐渐变稀;拐角处由于速度方向的急剧变化,网格也较密。在燃烧器区域处使网格线与煤粉射流方向基本一致,以有效地减小数值模拟中的伪扩散问题。气相的湍流流动采用Realizable k -ε模型;采用涡团耗散概念(EDC)模型耦合详细化学反应机理模拟气相湍流燃烧;煤粉颗粒相流动采用随机轨道模型;挥发份析出模型为双竞争反应热解模型;用P1辐射模型计算辐射传热。通过以上模型进行计算,获得了炉内煤粉的流动、燃烧及NO_x的生成过程。并将计算获得的锅炉出口NO_x浓度与实际运行工况测试所得结果进行对比,吻合较好。分析和比较结果表明本模拟方法可以较好地反映炉内的燃烧和NO_x的生成特性。模拟结果还表明,炉内一些组分的浓度分布与NO_x的生成分布存在很强的对应关系,该微观分析结果为NO_x的排放控制和系统的优化设计奠定了理论基础。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-12
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-10
  1.3 锅炉燃烧过程NO_x 生成的控制  10-11
  1.4 本文的研究内容  11-12
2 湍流气固两相流动模型  12-18
  2.1 研究气固两相流的两大经典方法  12-13
  2.2 气相湍流流动模型  13-14
  2.3 多相流动模型  14
  2.4 本文所选取的气固两相流动模型  14-18
    2.4.1 气相湍流模型  15-16
    2.4.2 颗粒轨道模型  16-18
3 煤粉燃烧模型  18-32
  3.1 煤的热解挥发模型  18-19
  3.2 焦炭燃烧模型  19-20
  3.3 气相燃烧模型  20-27
    3.3.1 涡破碎模型（简称EBU 模型）  21
    3.3.2 湍流预混燃烧的拉切滑模型  21-22
    3.3.3 湍流燃烧的PDF 输运方程模拟简介  22
    3.3.4 湍流燃烧的条件矩封闭(Conditional Moment Closure)模型  22-23
    3.3.5 湍流燃烧的简化PDF 模型  23-25
    3.3.6 湍流燃烧的关联矩模型  25
    3.3.7 湍流燃烧的ESCIMO 模型  25-26
    3.3.8 涡团耗散模型（简称EDM）  26
    3.3.9 涡团耗散概念模型（简称EDC）  26-27
  3.4 辐射模型  27-29
  3.5 NO_x 生成机理与模型  29-32
    3.5.1 热力NO_x 生成机理  30
    3.5.2 燃料NO_x 生成机理  30
    3.5.3 NO_x 生成模型  30-32
4 锅炉燃烧过程的数值模拟  32-50
  4.1 模拟对象介绍  32
  4.2 煤粉性质分析  32-34
  4.3 计算工况  34-35
  4.4 网格划分  35-36
  4.5 边界条件  36-39
    4.5.1 入口边界条件  36-38
    4.5.2 出口边界条件  38-39
    4.5.3 壁面边界条件  39
  4.6 机理及机理简化  39-40
  4.7 燃烧模拟结果及分析  40-47
    4.7.1 锅炉炉内速度场结果分析  40-41
    4.7.2 锅炉炉内温度场结果分析  41-45
    4.7.3 炉内气相组分质量浓度分布分析  45-47
  4.8 NO_x 生成分析  47-50
    4.8.1 NO_x 生成分析  47
    4.8.2 模拟值与测试值对比  47
    4.8.3 降低NO_x 生成的措施  47-50
5 结论与展望  50-52
  5.1 结论  50
  5.2 展望  50-52
致谢  52-53
参考文献  53-57
附录  57
  作者在攻读学位期间发表的论文目录  57

1900t/h锅炉燃烧及NO_x生成过程的数值模拟

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