固態(tài)顆粒燃料旋流近壁燃燒與附壁流動(dòng)特性研究.pdf

1、煤粉燃燒技術(shù)廣泛應(yīng)用于各型工業(yè)鍋爐和窯爐中,但粉塵飛灰排放的問題長期無法得到妥善解決，是造成 PM2.5超標(biāo)和大氣污染的主要原因。《國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃》(2006-2020年)將煤的潔凈燃燒技術(shù)列入研究重點(diǎn)。本文將旋流燃燒技術(shù)與近壁燃燒技術(shù)結(jié)合，利用高溫條件下熔融態(tài)灰渣的流動(dòng)特性，開展適用于中小型爐窯的新概念潔凈煤粉燃燒技術(shù)研究，掌握旋流近壁燃燒條件下的流動(dòng)機(jī)理和燃燒特性，加深對灰渣層分布和傳熱特性了解，實(shí)現(xiàn)煤粉塵灰的實(shí)時(shí)捕集去除，

2、有助于現(xiàn)有煤粉燃燒技術(shù)的改進(jìn)，為新型旋流燃燒設(shè)備的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供參考。
　　本文的主要研究成果包括四個(gè)方面：
　　1.形成具有良好旋流-回流特性的空氣動(dòng)力場，是實(shí)現(xiàn)煤粉高效潔凈燃燒的前提。本文首次提出了雙旋錐面錯(cuò)列進(jìn)氣技術(shù)，利用數(shù)值計(jì)算方法研究了不同進(jìn)氣結(jié)構(gòu)和流量比下，受限復(fù)合旋流場的旋流-回流特性以及相互作用機(jī)理。數(shù)值計(jì)算和流場實(shí)驗(yàn)證明，所設(shè)計(jì)的雙旋流潔凈（TSC）燃燒器滿足煤粉旋流潔凈燃燒的旋流-回流空氣動(dòng)力場要求，同時(shí)具

3、有較強(qiáng)的塵灰捕集能力。
　　2.應(yīng)用Hybrid RANS/LES方法開展TSC燃燒器大內(nèi)尺度渦結(jié)構(gòu)和瞬時(shí)流動(dòng)特性的研究，能夠突破RANS方法的求解能力限制，進(jìn)一步提高計(jì)算精度，深入了解旋流燃燒中不穩(wěn)定現(xiàn)象產(chǎn)生和發(fā)展的機(jī)理。本文建立了應(yīng)用Hybrid RANS/LES方法的計(jì)算策略，并針對所設(shè)計(jì)的TSC燃燒器內(nèi)流場展開數(shù)值計(jì)算研究。結(jié)果表明：應(yīng)用Hybrid RANS/LES方法在主流區(qū)具有更高的瞬態(tài)流場求解精度，揭示了TSC燃燒

4、器內(nèi)部的擬序結(jié)構(gòu)，統(tǒng)計(jì)平均結(jié)果與穩(wěn)態(tài)RANS下得到的結(jié)果差別較小。
　　3.為掌握 TSC燃燒器燃燒和灰渣分布特性，提高燃燒性能和塵灰捕集能力，開展了針對旋流近壁燃燒條件下灰渣模型的構(gòu)建研究。通過分析灰渣顆粒的碰撞-粘附-流動(dòng)全過程，率先建立了具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互特性煤粉灰渣模型，實(shí)現(xiàn)了與現(xiàn)有煤粉燃燒模型的嵌入耦合。使用構(gòu)建的全耦合煤粉燃燒-灰渣（CCS）計(jì)算框架針對不同工況下 TSC燃燒器的燃燒特性以及結(jié)渣特性開展了數(shù)值研究。結(jié)果表

5、明：TSC燃燒器具有明顯的分區(qū)潔凈燃燒特性，實(shí)現(xiàn)了煤粉的高效潔凈燃燒；得到了不同當(dāng)量比下TSC燃燒器內(nèi)部的灰渣層分布規(guī)律和流動(dòng)、傳熱特性，驗(yàn)證了TSC燃燒器良好的塵灰捕集性能。
　　4.針對現(xiàn)有燃燒設(shè)備的富氧化改造是現(xiàn)階段最易實(shí)現(xiàn)的碳捕集技術(shù)。將本文提出的雙旋流潔凈燃燒技術(shù)與富氧燃燒技術(shù)結(jié)合，開展了 TSC燃燒器在富氧/空氣燃燒條件下的燃燒和結(jié)渣特性研究。基于供氧量一致原則下得到的計(jì)算結(jié)果表明：富氧燃燒維持了空氣燃燒條件下的高效燃