生物質(zhì)層燃爐內(nèi)燃燒特性的數(shù)值模擬研究.pdf

1、生物質(zhì)作為一種可再生的環(huán)保能源,其利用在世界范圍內(nèi)正起到越來(lái)越重要的作用。由于爐排爐適應(yīng)性強(qiáng),可以焚燒不同水分含量的燃料并且很少需要對(duì)燃料進(jìn)行預(yù)處理,故爐排爐在生物質(zhì)直燃獲取熱能和動(dòng)力領(lǐng)域內(nèi)是一種頗具競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)。
　　在計(jì)算流體力學(xué)(CFD)軟件PHOENICS和FLUENT平臺(tái)上,分別模擬生物質(zhì)爐排爐內(nèi)爐排上燃燒及稀相空間的燃燒并進(jìn)行耦合。計(jì)算中燃料層的燃燒采用一維非穩(wěn)態(tài)模型獲取從燃料層向稀相空間逸出的氣體溫度、速度和各成分濃

2、度分布;稀相空間使用床層模型的輸出作為邊界條件進(jìn)行稀相空間氣相混合和燃燒的CFD數(shù)值模擬,包括飛灰顆粒在稀相空間的燃盡,提供稀相空間中火焰和壁面向燃料層的輻射熱流密度。重復(fù)以上兩個(gè)步驟直至前后兩次計(jì)算之間逸出床層的可燃?xì)怏w以及燃料層表面輻射熱流密度的變化控制在允許范圍內(nèi)為止。
　　在床層模擬中添加NOx前驅(qū)產(chǎn)物生成模塊,獲得沿床層方向生物質(zhì)燃料層逸出氣體中NO、HCN等NOx前驅(qū)產(chǎn)物濃度分布,并使用FLUENT自帶的NOx后處理模

3、塊模擬了稀相空間中NOx前驅(qū)產(chǎn)物的轉(zhuǎn)換,得出結(jié)論:NO生成的主要區(qū)域是在爐排前半部分燃料層表面;通過(guò)空氣分級(jí)技術(shù)合理布置富氧和貧氧區(qū)域,抑制HCN氧化為NO,促進(jìn)其還原NO生成N2;可以最大限度的減少NO排放。
　　在生物質(zhì)爐排爐耦合數(shù)值模擬模型的基礎(chǔ)上,進(jìn)行一25MW生物質(zhì)水冷往復(fù)爐排爐膛幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及配風(fēng)設(shè)計(jì),研究爐膛幾何結(jié)構(gòu)及配風(fēng)對(duì)生物質(zhì)爐排爐燃燒特性的影響,得到了爐膛內(nèi)溫度、速度、煙氣成分分布。數(shù)值模擬結(jié)果表明:動(dòng)量合成法

4、設(shè)計(jì)的爐膛不適合生物質(zhì)鍋爐;生物質(zhì)鍋爐宜采用較高、較短的后拱;后拱傾角在40°到50°之間變化時(shí),對(duì)爐內(nèi)生物質(zhì)燃燒的影響不大;后拱二次風(fēng)下傾角度取20°時(shí),下?tīng)t膛火焰中心位置適中;后拱下方回旋區(qū)域較大,延長(zhǎng)可燃?xì)怏w和飛灰行程,形成穩(wěn)定的高溫燃燒區(qū),促進(jìn)飛灰和底灰殘?zhí)康娜急M;還可以形成較大范圍的貧氧區(qū),降低NO排放。采用先進(jìn)的燃盡風(fēng)布置方式如“雙旋流”布置,有助于提高上部爐膛火焰充滿度,均勻屏區(qū)和爐膛出口的煙氣溫度;下部爐膛增設(shè)循環(huán)風(fēng)有助

5、于降低下部爐膛的溫度水平,延緩下部爐膛尤其是喉口處的結(jié)渣;改善煙氣的混合,促進(jìn)可燃物的燃盡。再循環(huán)百分?jǐn)?shù)在合理范圍內(nèi)的再循環(huán)煙氣還可以降低NO排放。循環(huán)風(fēng)通入位置對(duì)鍋爐燃燒工況有重要作用,因后拱二次風(fēng)通入的地方正是水冷壁熱負(fù)荷較大的區(qū)域,所以循環(huán)風(fēng)布置在此處有助于降低此處的結(jié)渣,保護(hù)后拱二次風(fēng)噴口。本文還采用不同入爐燃料后對(duì)爐排爐內(nèi)燃燒進(jìn)行耦合模擬,得到的結(jié)論是:燃料中灰分和水分的變化會(huì)對(duì)鍋爐內(nèi)燃燒工況產(chǎn)生影響,所設(shè)計(jì)爐膛對(duì)燃料變化具有