O2-CO2氣氛下鼓泡流化床煤與生物質(zhì)混燃數(shù)值模擬研究.pdf

1、流化床O2/CO2燃燒技術(shù)被認(rèn)為是最具前景的電廠CO2減排技術(shù)之一。目前該項(xiàng)技術(shù)仍有很多基礎(chǔ)性問(wèn)題需要深入地研究，尤其在應(yīng)用于煤與生物質(zhì)混燃時(shí)，可借鑒的相關(guān)研究尚少。數(shù)值模擬可直觀地描述流動(dòng)和燃燒過(guò)程，是對(duì)燃燒特性及示范項(xiàng)目?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)等研究的有效工具。因此，通過(guò)研究適合于流化床O2/CO2氣氛煤燃燒和煤與生物質(zhì)混燃過(guò)程的數(shù)值模擬方法，以更好地描述和分析爐內(nèi)燃燒特性，指導(dǎo)該項(xiàng)技術(shù)的工業(yè)規(guī)模應(yīng)用及性能優(yōu)化設(shè)計(jì)，具有重要的理論意義與應(yīng)用價(jià)值。<

2、br>　　本文以自建6kWth鼓泡流化床燃燒室為研究對(duì)象，對(duì)流化床O2/CO2氣氛煤燃燒和煤與生物質(zhì)混燃的數(shù)值模擬方法進(jìn)行了探討，并對(duì)O2/CO2氣氛下燃燒模型的改進(jìn)進(jìn)行了研究。首先，針對(duì)流化床和O2/CO2氣氛燃燒的特點(diǎn)，建立了O2/CO2氣氛流化床煤燃燒和煤與生物質(zhì)混燃燃燒的二維綜合計(jì)算模型。在模型的建立過(guò)程中，對(duì)燃燒和化學(xué)反應(yīng)參數(shù)均選取了適用于O2/CO2氣氛的計(jì)算參數(shù)，并對(duì)焦炭燃燒模型進(jìn)行了修正，增加了焦炭與CO2和H2O的氣化

3、反應(yīng)計(jì)算模型。其次，應(yīng)用所建的流化床煤燃燒綜合計(jì)算模型，對(duì)O2/CO2和空氣氣氛下考慮氣化反應(yīng)和不考慮氣化反應(yīng)的流化床內(nèi)煙煤的燃燒過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，深入研究了O2/CO2氣氛下流化床內(nèi)的流動(dòng)、傳熱和燃燒特性，并對(duì)比分析了空氣氣氛和O2/CO2氣氛變化對(duì)爐內(nèi)流動(dòng)和燃燒過(guò)程的影響，同時(shí)探討了是否考慮焦炭氣化反應(yīng)對(duì)O2/CO2氣氛下模擬預(yù)測(cè)煤燃燒準(zhǔn)確性的影響。再次，應(yīng)用所建立的流化床煤與生物質(zhì)混燃的綜合計(jì)算模型，對(duì)O2/CO2氣氛下煙煤與木

4、屑的混燃過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，詳細(xì)分析了燃料由煤變?yōu)槊号c生物質(zhì)混合燃料時(shí)對(duì)流化床內(nèi)流場(chǎng)、溫度場(chǎng)和燃燒特性的影響。最后，應(yīng)用此混燃計(jì)算綜合模型研究了不同入口O2濃度的O2/CO2氣氛下流化床內(nèi)煤與生物質(zhì)混燃時(shí)的流動(dòng)、傳熱和燃燒特性，對(duì)O2濃度的影響進(jìn)行了探討。所有上述數(shù)值模擬工況均在自建鼓泡流化床上進(jìn)行了相應(yīng)條件的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　數(shù)值模擬研究結(jié)果表明:O2/CO2氣氛煤燃燒時(shí)流化床內(nèi)的氣固流動(dòng)呈環(huán)-核分布，密相區(qū)下部和稀相區(qū)上部存在較

5、大溫差，給煤口和二次風(fēng)口附近由于揮發(fā)分的燃燒會(huì)出現(xiàn)相對(duì)高溫區(qū);給煤量相同時(shí)，空氣氣氛和O2/CO2氣氛下流化床內(nèi)的流動(dòng)、傳熱和燃燒特性有所不同，O2/CO2氣氛下爐膛整體氣相速度略低，爐膛溫度低約45-60K，爐膛密相區(qū)O2濃度相對(duì)更高，稀相區(qū)H2O濃度相對(duì)更低，爐膛整體CO2濃度較空氣氣氛高出許多;O2/CO2氣氛下，增加焦炭氣化反應(yīng)計(jì)算模型，可使?fàn)t膛出口CO濃度的預(yù)測(cè)誤差降低30％;供給燃料量相同時(shí)，O2/CO2氣氛下煤與生物質(zhì)混燃

6、相較于煤燃燒時(shí)的爐膛整體溫度水平降低40-50K，爐膛內(nèi)整體的O2、H2O和CH4濃度相對(duì)更高，CO2、焦油和焦炭濃度則相對(duì)更低;混燃燃料量相同時(shí)，隨著入口O2濃度的提高，O2/CO2氣氛煤與生物質(zhì)混燃時(shí)流化床內(nèi)的流化風(fēng)速不斷降低，密相區(qū)顆粒濃度逐漸增大，密相區(qū)溫度不斷升高，稀相區(qū)的溫度降幅則越來(lái)越大，各可燃成分的燃燒速率和焦炭氣化反應(yīng)速率不斷增大。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果吻合較好，說(shuō)明該煤燃燒和混燃的綜合計(jì)算模