600MW超临界W火焰锅炉燃烧特性及水冷壁分布参数混合模拟

以东方锅炉600MW超临界W火焰锅炉为研究对象,从非预混燃烧、气相湍流、颗粒相轨道模型、辐射传热、煤粉挥发分燃烧等模型入手,运用计算流体力学软件FLUENT进行了计算流体力学(CFD)模拟,同时建立了炉膛水冷壁一维分布参数模型,将其得到的水冷壁温度分布作为CFD模拟的边界条件,通过两种模型的混合模拟,得到了更为准确的基础工况和变负荷工况下炉膛内温度场、流场、组分浓度场的分布特性,并分析了炉内煤粉燃烧规律的变化。     

旋流燃烧室内煤粉多相湍流流动与燃烧的数值模拟

提出了考虑湍流-颗粒反应相互作用的颗粒随机轨道模型,以此为基础建立煤粉燃烧综合理论模型并应用于旋流燃烧室内煤粉多相湍流流动与燃烧的数值模拟.模拟结果给出了气相温度场、速度场与温度脉动均方根值分布、颗粒相温度场、速度场与表观密度场以及颗粒瞬时温度与质量随时间的变化.研究表明,考虑湍流-颗粒反应相互作用对气相与颗粒相温度场的模拟结果有一定的影响,使气相温度分布与实验数据更为接近.     

煤粉复合旋流火焰燃烧特性研究（2）：数值模拟

本文数值模拟了煤粉旋流火焰燃烧过程，燃烧数值计算包括理论物理模型建立，数值方法两个大部分，计算模型处理了气相湍流与燃烧、气固两相流动、煤颗粒燃烧过程和辐射传热等物理化学过程，以ｋ－ε模型模拟湍流流动；ＰＤＦ法模拟气相扩散火焰燃烧；颗粒运动计算颗粒运动少颗粒湍流浓度方程模拟颗粒湍流扩散；通量法计算火焰辐射传热，煤粉颗粒复杂燃烧模型计算了颗粒尺寸、形状变化和颗粒孔隙内部燃烧、表面平度对整个颗粒的燃烧过程影响。计算获得了气相速度分布场、气相ｋ和ε分布场、气相温度场、气相组份场和颗粒浓度场及运动过程，揭示了煤粉复合旋流燃烧特性。     

煤粉燃烧一维温度分布可视化模拟研究

现有的红外线热像仪监测火焰时只能提供火焰累积温度图像,无法提供火焰内部温度分布信息。在一定条件下煤粉炉膛内的局部燃烧过程可近似为一维对象,本文作者提出采用两只探头分别从其两炉壁开孔处拍摄火焰图像,运用图像处理技术和辐射传递原理重建出两探头之间的一维温度分布。对两种典型温度分布对象,采用两种火焰监测方式,分别进行了模拟研究,并给出了实验的初步结果。结果表明以适当的拍摄角度可获得良好的重现效果,说明其方法具有应用价值。     

燃尽风对炉内流动和燃烧过程影响的数值模拟

燃尽风作为降低锅炉NOx排放浓度的一个措施已在我国得到逐步推广应用。应用数值模拟方法，对1台600MW对冲燃烧煤粉锅炉，在满负荷下燃尽风对炉内流动、燃烧和传热过程的影响开展了研究工作。应用混合分数／概率密度函数法模拟湍流燃烧，用P-1辐射模型开展辐射传热模拟，利用拉格朗日／欧拉法处理气固两相间的动量、质量和能量交换，对挥发份的析出采用单步反应模型，采用动力／扩散反应速率模型模拟煤粉颗粒的表面燃烧。研究发现：一方面，燃尽风的应用改善了炉内气流的充满情况，延迟了煤粉燃烧过程氧气的供应，加强了炉内的还原性气氛，降低了炉内最高火焰温度，有利于降低NOx排放浓度；但另一方面。燃尽风的应用将导致煤粉燃烧效率下降。     

三维湍流回流气相和煤粉燃烧辐射传热离散坐标模型和热流模型比较

针对空腔内纯三维辐射传热和大速差射流燃烧室内三维湍流回流气体燃烧和煤粉燃烧,对其中辐射传热分别采用离散坐标模型和热流模型进行了分析与比较。模拟结果表明,两种模型所得到的温度分布在趋势上类似,而在定量上有差别。对纯辐射传热模拟,与区域法的精确数据对比表明,离散坐标模型的结果更合理。对燃烧的模拟结果是,离散坐标模型所得的气体温度要高于热流模型的相应值,亦即热流法低估了气体温度和壁面热流。二者所得到的速     

旋流煤粉多相流动与燃烧一维数学模型及应用

为了发展和有效地进行旋流煤粉多相流动与燃烧数值模拟,作者在多连续介质模型的框架中建立了综合考虑气-固两相旋流流动,燃烧与传热的旋流煤粉燃烧一维数学模型。应用这一模型对涡旋燃烧炉环形通道内煤粉燃烧和气体燃烧的数值计算表明,该模型可快速有效地用于模拟旋流煤粉多相流动与燃烧过程,给出炉内温度、速度与浓度分布以及燃烧效率等主要参数。     

Shell干煤粉气流床气化炉数值模拟研究

针对Shell气化炉在国内运行现状,利用数值模拟方法对国内某化工厂Shell气化炉进行三维建模,采用Realizable k-ε模型封闭湍流方程,应用随机轨道模型计算煤粉颗粒流流动,利用未反应核缩芯模型和涡扩散模型(Eddy-dissipation concept,EDC)分别模拟颗粒表面的化学反应和均相反应过程,采用P1辐射模型考虑了热辐射气体的辐射传热作用。研究结果表明:Shell气化炉采用中下部四喷嘴切向进料,炉内涡旋流动明显,流场十分复杂,颗粒在旋流夹带和离心力作用下在烧嘴以上和气化炉底部甩向壁面附着形成液态渣膜,干煤粉气化过程在较小的空间内完成,旋流同时延长了物料在炉内的停留时间,物料在Shell气化炉内的停留时间最长超过11s,此外,气化炉内合成气组成分布与温度分布存在一对应变化关系。     

煤粉颗粒群着火和燃烧过程的数值模拟

建立了一维非稳态球形煤粉颗粒团的群燃烧模型.数值模拟煤粉颗粒团的着火和燃烧过程,获得了颗粒团燃烧火焰随时间的变迁.分析了煤粉颗粒团内部参数和外部环境参数对颗粒团着火和燃烧的影响.随着颗粒团内煤粉浓度的增加,颗粒团的均相着火延迟先减小后增加.增加煤粉颗粒尺寸和降低外部温度都会明显延迟均相着火.环境氧气含量的增加会减小着火延迟,同时增加颗粒团的燃烧速率.模拟计算和文献试验结果的变化趋势相吻合.     

Study on Reducing Carbon Content in Slag of a Utility Boiler

针对某电厂锅炉由于燃用煤质下降而导致其在实际运行过程中出现燃烧不稳定及炉渣含碳量过高等问题,通过对实际燃用煤种以及炉内燃烧情况进行分析,提出改造燃烧器系统以提高炉内稳燃能力、降低炉渣含碳量,并对改造前后炉膛内的燃烧情况进行了数值模拟.结果表明：改造后的炉膛内,下两层一次风的集中布置,使得主燃区内温度升高,有效保证了煤粉初期的着火和燃烧;下两层二次风的集中布置,提高了二次风对一次风煤粉气流的撑托作用,使下一次风内煤粉颗粒掉入冷灰斗内数量减少,下二次风的推迟送入也保证了煤粉后期的稳定燃烧;炉内燃烧稳定性提高,炉渣含碳量降低.     

基于煤种通用模型的单煤种燃烧一维计算研究

为快速了解炉内煤粉燃烧的燃尽率和炉膛燃烧的温度分布,采用傅维标的煤种燃烧通用模型,从煤焦反应动力学入手,建立了沿炉膛高度方向的一维宏观模型。通过对煤粉的挥发分和煤焦燃烧的合理简化,考虑炉膛煤粉颗粒的燃烧的影响,以煤种的煤质参数作为计算参数,采用煤粒等密度模型,分别计算不同燃烧层的不同粒径煤粉颗粒在炉膛气氛下的燃烧速率,从而得到整个颗粒群在炉膛的燃烧情况。针对某电站褐煤锅炉的具体实例,将本模型计算得到的煤粉燃尽率和炉膛温度分布与现有文献的数据相符,并以此分析了主要操作参数对该锅炉煤粉燃尽率和炉膛温度分布的影响。     

轧钢加热炉富氧燃烧过程的数值研究

借助数值模拟方法研究了不同气氛、氧浓度以及燃料热值对加热炉燃烧特性以及Nq排放的影响规律。结果表明：富氧燃烧能提高炉膛燃烧温度,使炉壁辐射换热量NJJtt约5．2％,排烟热损失减小约21．7％。相同富氧浓度条件下,空气气氛下炉膛燃烧温度更高,炉壁辐射换热量增加约5％,排烟损失减少24％以上;但OjCOz气氛下钢坯表面传热特性改善,断面温度分布更加均匀,Nq排放量降低为空气气氛的1／10以下。     

基于数学建模的煤粉加热炉燃烧状态模拟研究

以获取准确的煤粉燃烬率，掌握煤粉加热炉燃烧状态为研究目的，提出基于数学建模的煤粉加热炉燃烧状态模拟方法。通过构建连续性方程、能量方程、动量方程、湍动能耗散率方程以及湍动能方程，描述煤粉加热炉内煤粉的燃烧过程。将煤粒在加热炉中的燃烧过程分为两个阶段，第一个阶段为热解挥发阶段，第二个阶段为残碳氧化阶段，依据双挥发反应模型构建热解挥发模型，对原煤热解挥发过程进行模拟。设置边界条件，进行实验研究，结果表明：颗粒粒径与煤粉燃烬率之间呈反比关系，温度与煤粉燃烬度之间成正比关系。所提方法的模拟结果与实际结果之间的拟合度较高，说明其模拟结果更加准确，可以促进工业加热中煤粉加热炉燃烧状态优化。     

四角切向燃烧煤粉锅炉炉内气固两相流动的数值模拟

本文运用非错列网格的SIMPLE方法和随机的颗粒轨道模型对四角切向燃烧煤粉锅炉炉内的气固两相流动进行了数值模拟，了解了实际切圆直径及气流旋转强度沿炉膛高度方向的变化规律，得到了不同粒径的煤粉颗粒在炉膛中的运动轨迹及浓度分布。与实验结果的对比表明本文所编制的程序能够较准确地模拟炉内的流动状况，计算所得的数值结果对四角切向燃烧锅炉的设计和运行都有着一定的指导意义。     

生物质颗粒燃烧特性的数值模拟及实验研究

基于ICEM软件对燃烧室进行二维建模和结构化网格划分,并应用FLUENT软件对玉米秸秆、棉秆、木屑和稻秆4种生物质颗粒在燃烧室中进行燃烧仿真模拟,与煤粉燃烧进行对比。对比分析5种燃料燃烧时,燃烧室内不同位置中心截面的温度、O₂、CO₂和NO_x质量分数的变化曲线,同时分别对5种燃料做单独燃烧实验,结合对比分析结果将4种生物质颗粒分别和煤粉按照5.00%、10.00%、15.00%、20.00%的质量掺混比做混烧实验。研究结果表明,5种燃料中,煤粉在燃烧室中心截面上的温度最高,且最高温度比4种生物质颗粒高600 K以上,但生物质颗粒的温度分布均匀程度均优于煤粉;煤粉燃烧产生的NO_x含量最高达到2.00%,而生物质颗粒产生的NO_x含量基本为0.00%,且生物质颗粒的燃烧特性受一次风速、一次风温及自身含水率的影响较大;5种燃料燃烧时燃烧室最高温度的模拟值均高于实验值,但误差均小于20.0%,4种生物质颗粒与煤粉混合燃烧的质量掺混比不宜超过15.00%,当质量掺混比为15.00%时,燃烧...     

煤粉复合旋流火焰燃烧特性研究（1）：实验研究

本文实验研究了煤粉复合旋流火焰燃烧特性，进行了包括３个典型煤种：褐煤、烟煤和无烟煤，在不同煤粉浓度下的燃烧试验，测量了火焰场的温度分布、气体组份分布、火焰周界辐射和煤颗粒燃烧参数，对火焰场特性、不同煤种影响和煤粉浓度作用做了较系统的试验研究，揭示了该燃烧方式的稳定着火、强化燃烧机理，获得了这种煤粉火焰的燃烧特性。     

受辐射加热的煤粉颗粒群着火模型

本文建立了仅受辐射加热的煤粉颗粒群着火的不稳态模型。通过数值模拟，研究了煤粉浓度与颗粒群的着火方式、着火时间和着火温度等的关系。     

利用蒙特卡罗法对循环流化床燃烧系统的辐射传热进行数值分析

本文对循环流化床燃烧系统的二维流动模型的辐射传热进行了数值研究,该模型考虑了垂直于侧墙的颗粒浓度分布的影响,在这个系统中,燃烧效率和排烟将通过温度水平进行控制,而温度水平取决于悬浮颗粒和烟气的传热性能。颗粒含有很高辐射成分。在该研究中,尝试引入了数值技术,可以通过蒙特卡罗法进行计算。而且,尝试引入了悬浮颗粒及烟气造成的对流传热作用,这可以通过Ｍａｒｔｉｎ模型进行计算。循环流化床内的传热受颗粒浓度分     

炉内煤粉燃烧一维数学模型及其仿真

为了准确计算炉内煤粉的燃尽率,从研究煤粉粒子的燃烧机理入手,以炉膛内最复杂的燃烧器区域的煤粉燃烧过程为研究对象,通过合理简化煤粉中挥发分和焦炭的燃烧过程,建立了炉内煤粉燃烧沿高度方向上的一维宏观模型,在模型中考虑了煤粉燃烧过程中氧含量的变化,以单个煤粉颗粒燃烧的等密度模型为基础,通过多种煤粉粒径的燃烧过程反映煤粉燃烧的整体过程,推导出计算炉内煤粉燃尽率的显示公式,满足了实时仿真计算的要求。计算结果与实测数据和现有的文献相符,并对结果进行了分析。     

旋流煤粉燃烧NO生成的AUSM湍流反应模型

针对煤粉燃烧NO生成提出一种湍流反应统一二阶矩代数(AUSM)模型．用纯双流体模型，包括κ—ε—κp两相湍流模型、EBU—Arrhenius燃烧模型、六热流辐射模型、NO生成湍流反应的AUSM模型和原有二阶矩代数模型，对旋流煤粉燃烧器内相流动、煤粉燃烧和NO生成进行了数值模拟．两相流动的模拟结果和PDPA实验结果符合较好。热态模拟结果和文献中的实验结果的对照指出，AUSM模型的模拟结果比ASM模型的模拟结果更合理．ASM模型由于采用温度指数函数的级数展开近似，舍去了并非小量级的高阶项，低估了NO生成率．这和文献中用ASM模型模拟甲烷—空气燃烧低估了NO生成率的趋势是一致的。