焦炭燃烧模型的改进及其Fluent实现与实验验证

为了在煤粉燃烧全过程中准确模拟焦炭转化率的沿程变化,在Fluent中缺省的焦炭燃烧反应/扩散联合控制模型的基础上,加入对高温热失活现象、灰分抑制作用的定量描述,建立了一个新的焦炭燃烧模型。通过编写用户自定义函数的方法将开发的模型在Fluent平台上进行了实现,对比测试结果表明程序的编写正确无误。通过沉降炉实验台获得了2种烟煤在整个燃烧过程中的燃烧特性并据此对新的焦炭燃烧模型进行了验证。模拟的结果表明:新的焦炭燃烧模型要明显优于Fluent中缺省的联合控制模型,其预测的焦炭转化率在整个燃烧过程中的准确性有明显提高,预测偏差在±10%以内。此外还讨论了模型参数与煤种特性之间的关系。     

生物质气化燃气耦合煤粉低氮燃烧的CFD数值模拟

针对生物质气化耦合煤粉低氮燃烧发电技术,考虑该技术包括煤粉和生物质气化燃气两类燃料特点,开发基于ED湍流燃烧模型的CFD数值模拟框架,建立了新型焦炭燃烧与气化模型和气相组分燃烧模型,进一步讨论了煤焦燃烧气化模型中离散项与连续相之间的质量、组分、动量和热量的耦合方法。在此基础上,通过编写UDF将新模型添加到商业CFD计算软件Fluent平台上,并对模型进行了验证。然后将所开发的模型和数值方法应用于600MW超临界对冲火焰锅炉的生物质气化耦合煤粉低氮燃烧的数值模拟,计算结果表明,新的模型可以非常合理的计算旋流燃烧器区域及炉膛前后墙、侧墙上的温度及浓度分布。文中所开发的CFD数值模拟框架、焦炭燃烧气化模型和气相组分燃烧模型以及数值实现方法,可以用于生物质气化耦合煤粉低氮燃烧发电技术的设计与优化。     

基于数值模拟的立式旋风筒内冷热态流场研究

为掌握煤粉颗粒在立式旋风筒中的燃烧特性及冷热态流场分布特性，选用某670 t/h液态排渣旋风炉配备的立式旋风筒作为研究对象，使用Fluent仿真软件对无烟煤在旋风筒内的燃烧过程进行了数值模拟，直观地了解了煤粉颗粒在旋风筒内燃烧过程的运动轨迹、速度场、温度场及气体组分等分布情况，掌握了煤粉颗粒在旋风筒内的燃烧过程和规律。     

煤粉燃烧H_2S预测模型在对冲燃烧锅炉的CFD应用

新的煤粉燃烧H_2S预测模型包括基于实验的硫释放子模型与参数优化后的气相硫组分总包反应机理。通过编写用户自定义函数将新模型在Fluent平台上予以实现,并通过一维炉中的煤粉燃烧实验进行了对比验证。在此基础上,新的H_2S预测模型被成功应用于1000 MW超超临界对冲火焰锅炉的CFD数值计算中。计算结果表明,新的模型可以非常合理的计算出旋流燃烧器区域及炉膛前后墙、侧墙区域的H_2S浓度分布。这表明新的H_2S预测模型可为旨在减缓高温腐蚀的锅炉运行优化与设计优化提供有力的理论指导。     

四角切圆燃烧锅炉炉内过程热态数值模拟

采用非预混燃烧模型,用标准κ-ε紊流模型模拟气相湍流运输,用P-1辐射模型计算辐射传热,对煤粉挥发分的释放采用了双匹配速率模型,对气相流场采用非错列网格的SIMPLE方法来求解,对固体颗粒相的求解则采用随机的颗粒轨道模型。采用Fluent6.1软件对四角切圆燃烧煤粉锅炉的炉内过程进行数值模拟,分析了炉膛内温度场、速度场和气相各组分的浓度场的分布规律,并对模拟结果进行分析与对比,计算结果呈现出与实际炉内过程定性上较好的一致性．为研究四角切圆燃烧锅炉炉内过程提供了参考。     

基于预数值计算的锅炉飞灰可燃物含量建模

运用四角切圆燃烧煤粉锅炉专用数值模拟计算软件COALFIRE,对某电厂300 MW四角切圆煤粉锅炉飞灰可燃物含量排放特性进行了数值模拟。以数值计算结果为样本,建立基于支持向量机的四角切圆燃烧锅炉飞灰可燃物含量预测模型,其预测输出与数值计算结果的最小相对误差为1.01%,说明基于预数值计算和支持向量机算法的四角切圆煤粉锅炉飞灰可燃物含量模型能够较好地对锅炉飞灰可燃物含量进行预测。为将计算结果精确但计算过程耗时较长的数值模拟用于锅炉燃烧工况在线监测,提供了新的思路。     

细粉再燃降低煤粉炉NOx排放的数值研究

以分级燃烧技术中燃料分级技术抑制NOx的基本原理为基础,提出运用燃料分级技术对煤粉炉脱氮改造的方案,并采用数值计算软件Fluent对改造方案进行数值模拟计算,分析、研究其计算结果,并将其与初步的试验数据相比较达到以数值研究指导锅炉改造的目的.     

燃烧数值计算中煤粉当量直径研究

提出了煤粉燃烧数值计算中煤粉的等燃尽率与等燃烧速度当量直径及其计算方法.运用燃煤锅炉煤粉射流的一维燃烧模型,将符合Rosin-Rammler分布的煤粉颗粒群的燃尽过程作为比较基准,对直径分别为等燃尽率当量直径、等燃烧速度当量直径以及“几何”平均直径的几种单一粒径的煤粉颗粒群在多种燃烧条件下进行了燃烧计算.通过对相同燃烧条件下燃尽率曲线的比较,得出了煤粉燃烧数值计算中煤粉当量直径的最佳计算方法,即采用直径为等燃尽率当量直径的单一粒径颗粒群时,在整个燃烧过程中,燃尽率与分布式粒径的煤粉颗粒群的计算结果十分接近.将等燃尽率当量直径运用在研究或实际运行工作中,有利于减轻煤粉燃烧计算工作量及及时分析煤粉的燃烧情况.     

三次风速对煤粉燃烧器燃烧效率的影响

为了研究三次风速对LB2000型沥青搅拌站煤粉燃烧器燃烧效率的影响,建立煤粉燃烧器数学模型,应用Fluent软件,采用标准k-ε模型对煤粉燃烧器中的煤粉燃烧进行模拟。在不同三次风风速下,对沥青搅拌站煤粉燃烧器的温度场、组分浓度场、燃尽率分布场和颗粒轨迹进行了分析。根据燃烧效率评价标准,得出了最佳三次风风速为40~50m/s。     

少油点火油燃烧器雾化及燃烧特性

为研究少油点火油燃烧器的雾化特性,利用Fluent软件构建油枪喷嘴的三维计算模型,模拟计算不同燃油质量流量下的燃油雾化速度,得出喷嘴出口雾化速度不受燃油质量流量影响的结果。为研究少油点火油燃烧器的燃烧特性,建立油燃烧器三维计算模型,对模拟计算得到的油燃烧室温度和速度分布情况进行分析,得出燃油质量流量越大,燃烧温度和速度越高的结果。分析结果表明:油火焰的温度水平能点燃煤粉,且油耗低。     

发电厂多工况下四角切向燃烧锅炉数值模拟

借助FLUENT软件平台,在5种不同煤种、4种不同配风方式下,对发电厂220 t/h四角切向燃烧煤粉锅炉炉内的流动、传热及燃烧进行了数值模拟。模拟结果表明:炉内最高温度出现在燃烧器区域,随着炉膛高度的增加,温度逐渐降低。不同热值的煤种在燃烧器喷口截面燃烧所得到的平均温度不同,不同二次风配风方式和不同的一次风率都对温度场有着较大的影响。     

煤粉粒度对锅炉燃烧影响的数值模拟

煤粉粒度对煤粉燃烧具有重要影响,采用数值模拟的方法对不同煤粉粒度在炉内的燃烧过程进行了数值计算,比较各个工况下的计算结果,并对产生结果的原因进行了分析。计算的结果对深化认识粒度对于煤粉燃烧过程的影响,从而在锅炉的实际运行中采用合理的煤粉粒度,提高锅炉燃烧的效率,节约能源。结果表明煤粉粒度为60μm,对于电站锅炉燃烧和传热是有利的。     

富氧微油点火燃烧器的数值实验研究

对冷态煤粉气流在富氧微油点火燃烧器内的点火过程进行数值模拟,气相湍流流动、气相场的燃烧和辐射模型分别采用k-ε双方程模型、概率密度函数(Probability Density Function)与局部瞬时反应平衡模型、P1辐射模型。根据数值计算得到的结果找出不同煤粉浓度对着火温度与着火距离的影响,反映出煤粉在富氧微油点火燃烧器内的着火方式的变化。     

应用计算机模拟技术分析预测炉内煤粉燃烧过程

本文把湍流理论、辐射理论以及煤粉燃烧理论应用于锅炉燃烧室三维流动、气固两相、带化学反应的燃烧过程的数值计算，给出了数学模型、解法和边界条件的处理方法。运用所编制的计算软件对４２０ｔ／ｈ锅炉进行了燃烧过程的数值模拟，其结果能反应该类锅炉的燃烧过程。     

200MW旋流燃烧方式煤粉炉炉内燃烧试验和数值研究

采用计算流体动力学软件对电站锅炉炉内实际燃烧过程进行数值计算并结合其热态试验数据进行对比分析，已成为验证数学模型和指导工程实践的一种重要研究手段。该文利用PHOENICS软件，采用IPSA两相流模型及煤粉燃烧综合模型，对一台有16只径向浓淡旋流燃烧器两侧墙对冲布置的200MW燃煤锅炉炉内燃烧过程进行了数值计算，得出了炉内燃烧器区域以及炉膛出口的烟气温度场和燃烧产物的组分浓度分布。模拟结果与锅炉热态试验数据进行了比较，两者吻合情况较好。结果表明：在燃烧器出口处形成了高煤粉浓度和高温区，使得煤粉着火及时，燃烧器区域维持较高温度，炉内煤粉燃烧充分，从而表明了径向浓淡旋流燃烧器具有高效稳燃的性能。     

基于W火焰锅炉空气燃烧与O_2/CO_2燃烧数值模拟的比较

以300 MW容量的W火焰电站煤粉锅炉为研究对象,运用ICEM网格生成工具和数值模拟计算软件,对该锅炉分别进行空气气氛和含O2量为30%的O2/CO2气氛下燃烧工况的数值模拟研究:得到了两种不同气氛下炉内的温度分布、NOx浓度分布以及颗粒的运动轨迹分布,并简要阐述了两种条件下各个参数分布差异的原因.计算结果描绘了炉内温度场、各组分的浓度场、颗粒轨迹分布,并对结果进行了简要的分析.     

等离子体点燃煤粉的热物理分析

电厂锅炉启停及低负荷稳燃过程中需消耗大量燃油，DLZ-200型等离子点火装置可以用等离子体直接点燃煤粉，节约燃油。综述了等离子体点燃煤粉的机理：其高温热化学作用可以生成低着火点的双组分燃料，再造挥发分，提高燃料的反应度，强化煤粉混合物的燃烧，等离子体中的活性原子可降低燃料的着火温度，加速热化学转换，促使燃料燃尽。等离子点火装置能够以较低的等离子点火功率点燃较大热功率的煤粉燃烧器。     

旋流燃烧室内煤粉燃烧的数值模拟

为合理描述煤粉颗粒在有湍流脉动的气相流场与温度场中的燃烧反应行为，文中提出并建立了考虑湍流-颗粒反应相互作用的颗粒随机轨道模型。该模型考虑到了气相温度的湍流脉动对颗粒瞬时温度、瞬时热解速率和瞬时多相反应速率的影响。应用此模型对有直流一次风和旋流二次风的旋流燃烧室内的煤粉燃烧进行了数值模拟。计算结果表明，在燃烧室前部区域，该模型与未考虑湍流?颗粒反应相互作用的颗粒随机轨道模型给出的气相温度场与组分浓度场结果有一定的差异，前者得到的气相温度分布与实验更接近。     

采用双混合分数/概率密度函数方法模拟混煤燃烧

混煤燃烧存在复杂的相互影响,将混煤当成单一煤种并采用单混合分数/概率密度函数(probability density function,PDF)方法计算,意味着忽略了煤种之间的影响,结果会产生很大偏差。而双混合分数/PDF方法可以分别定义各单煤性质并跟踪各单煤的燃烧过程,能够体现煤种之间燃烧特性的影响。利用单、双混合分数/PDF方法对同1台300 MW四角切圆锅炉进行模拟研究,并与实测数据进行对比,结果表明:双混合分数/PDF方法模拟的结果更符合混煤在炉内实际的燃烧情况。同时采用双混合分数/PDF方法模拟某一混煤燃烧过程,得到燃烧煤粉锅炉的流动,温度和烟气分布等特性。