660MW循環(huán)流化床鍋爐流動和燃燒特性的數(shù)值模擬.pdf

1、循環(huán)流化床內(nèi)煤粉顆粒的流動狀態(tài)介于層狀燃燒和懸浮燃燒之間，傳熱效率高，燃料適用性強，污染物排放濃度低，負荷易于調(diào)節(jié)，逐漸成為一種高效清潔的發(fā)電技術(shù)，越來越被學(xué)者重視。目前對循環(huán)流化床的煤粉顆粒流動模擬主流的模型有兩種:拉格朗日隨機軌道模型和歐拉-歐拉氣固兩相流模型。對于循環(huán)流化床的熱態(tài)模擬較少，一般采用基于無限快反應(yīng)速率的非預(yù)混模型或者有限速率-渦耗散模型，這些模型不能很好地考慮循環(huán)流化床內(nèi)湍流對化學(xué)反應(yīng)速率的影響。本文采用了歐拉-歐拉

2、氣固多相流模型，將空氣作為氣相，煤粉顆粒和煤灰石灰石，生石灰，生石灰和硫酸鈣等作為固相，將顆粒相和氣相均作為連續(xù)相來處理，針對于循環(huán)流化床的煤粉燃燒，用水分析出模型，揮發(fā)分析出模型，揮發(fā)分氣體燃燒模型，焦碳燃燒模型，石灰石分解，脫硫反應(yīng)以及NOx的生成和轉(zhuǎn)化等子模型來完整地描述煤粉燃燒的過程，并利用Fluent的UDF編寫代碼實現(xiàn)出口物料返還到給料口的循環(huán)燃燒過程。對于爐內(nèi)同相的化學(xué)反應(yīng)，本文采取了基于全局反應(yīng)的渦耗散概念模型來描述，耦

3、合湍流流動和詳細的化學(xué)機理。
　　對3MW循環(huán)流化床試驗臺的模擬結(jié)果驗證了本文所用的模型的正確性，出口煙氣組分貼近實驗數(shù)據(jù)，并且優(yōu)于用有限速率-渦耗散方法描述化學(xué)反應(yīng)所得的結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，分析了爐內(nèi)顆粒速度和濃度分布，并得出爐內(nèi)主要氣體分布。得到沿爐高反應(yīng)速率分布曲線，密相區(qū)CH4與O2反應(yīng)速率高于CO與O2反應(yīng)，C和O2反應(yīng)速率高于C和CO反應(yīng)速率。此外，還給出了主要氣體由于化學(xué)反應(yīng)生成質(zhì)量源隨高度的變化。還分析了反應(yīng)速率和固

4、體顆粒體積分數(shù)的關(guān)系，揭示了NOx的轉(zhuǎn)化過程中的主要路徑。
　　在通過3MW循環(huán)流化床試驗臺模擬驗證后，隨后對660MW循環(huán)流化床流動和燃燒情況進行了模擬。得到了爐膛內(nèi)溫度，固體顆粒體積分數(shù)，顆粒軸向速度的分布云圖，固體顆粒下濃上稀，軸向速度中間高，兩邊低，在較高位置的貼壁區(qū)出現(xiàn)負值，呈現(xiàn)環(huán)核流動結(jié)構(gòu)。并分析了不同一次風(fēng)速下固體顆粒體積分數(shù)分布的變化。并模擬了不同過量空氣系數(shù)，一次風(fēng)率，情況下出口SO2，NO，N2O變化情況，并討