黑液燃烧过程建模及数值模拟

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1、硕士学位论文黑液燃烧过程建模及数值模拟MODELLINGANDNUMERICALSIMULATIONOFBLACKLIQUORCOMBUSTION张建新哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TK224.1学校代码：10213国际图书分类号：621.18密级：公开工程硕士学位论文黑液燃烧过程建模及数值模拟硕士研究生：张建新导师：赵广播教授申请学位：工学硕士学科：动力工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TK224.1U.D.C.

2、:621.18DissertationfortheDegreeofMasterinEngineeringMODELLINGANDNUMERICALSIMULATIONOFBLACKLIQUORCOMBUSTIONCandidate:ZhangJianxinSupervisor:Prof.ZhaoGuangboAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:PowerEngineeringAffiliation:SchoolofEnergySci.&E

3、ng.DateofDefence:July,2015Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology摘要摘要碱回收锅炉是应用于制浆企业的一种特殊设备，其燃料为制浆产生的黑液，通过燃烧能够在利用黑液中能源的同时还回收其中所含的碱盐。碱回收锅炉的设计和运行与传统的燃煤锅炉存在很大的差别，在当前精细化设计的要求下，传统的设计方法已经难以满足要求。国外应用数值模拟技术对碱回收锅炉进行模拟，可预知一定条件下锅炉燃烧状况，为优化设计和改善操作条件起到了很大

4、的作用，而国内目前针对碱回收锅炉炉内燃烧数值模拟技术的研究很少。黑液的燃烧特性与煤存在很大的差别，Fluent中针对煤燃烧而提出的模型在应用于黑液燃烧模拟时会出现较大的误差，所以有必要给出针对于黑液颗粒燃烧的数学模型。本文提出了用于估算黑液颗粒内部具体成分的成分估算模型。根据黑液的燃烧过程不同阶段的特性，将黑液燃烧过程分成了干燥、热解、表面反应等阶段，通过检测颗粒内组分的含量来判断颗粒所处燃烧阶段，给出了针对黑液的颗粒燃烧模型。考虑到部分黑液颗粒粒径较大，且在炉膛气相空间中停留时间较短，还未来得及燃尽就落到了

5、炉膛底部，提出了用于考虑颗粒落到炉膛底部继续燃烧的焦床模型。在确定颗粒燃烧过程计算流程的基础上，以流体动力学计算软件Fluent为平台，将黑液颗粒燃烧模型和焦床模型以UDF的形式嵌入了Fluent。之后在一个简单的二维网格中对该UDF程序的可用性与正确性进行检验，结果表明程序能够按要求运行且能够定性地模拟黑液颗粒的燃烧过程。针对一台处理量300tds/d的碱回收锅炉，在对锅炉炉内燃烧特征进行分析的前提下，提出了几何处理方案。根据一、二、三次风的布置以及锅炉的燃烧特性，提出了网格划分方案。利用自编的黑液燃烧UD

6、F程序对该锅炉的燃烧情况进行了模拟，得到了炉内速度、温度、组分浓度的分布以及不同初始粒径的颗粒在气相空间中的运动轨迹，对锅炉内的燃烧、机械携带以及可能出现的腐蚀、结渣情况做出了定性的预测。关键词：碱回收锅炉；黑液；燃烧；数值模拟；UDFIAbstractAbstractKraftrecoveryboilerisspecialequipmentforpulpingenterprise;itwasfueledbyblackliquorwhichistheby-productofpulping,andthrough

7、thecombustionofblackliquorheatcanproducedaswellasrecoverythekraft.Thedesignandoperateofkraftrecoveryboilerisdifferentfromconventionalcoal-firedboilers,withtheincreasinglyhighdemandinboilerdesign,thetraditionalmethoddifficulttomeettherequirement.Thenumerical

8、simulationtechnologyhasbeenwidelyusedinoptimizationoftheboilerdesignabroad,butfewresearcheshavedoneinthisfieldinourcountry.Thecombustioncharacterofblackliquorisdifferentfromcoal,themodeldevelopedforcoa