CFB锅炉燃烧半焦的数值模拟及遗传算法在床温反问题的应用

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1、硕士学位论文CFB锅炉燃烧半焦的数值模拟及遗传算法在床温反问题的应用NUMERICALSIMULATIONOFSEMI-COKECOMBUSTIONPROCESSINCIRCULATINGFLUIDIZEDBEDANDAPPLICATIONOFGENETICALGORITHMININVERSEPROBLEMOFBEDTEMPERATURE杨凯哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TK224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CFB锅炉燃烧半焦的数值模拟及遗传算法在床温反问题的应用硕士研究生：杨凯

2、导师：陆慧林教授申请学位：工程硕士学科：动力工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2018年6月26日授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TK224U.D.C:621.18DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringNUMERICALSIMULATIONOFSEMI-COKECOMBUSTIONPROCESSINCIRCULATINGFLUIDIZEDBEDANDAPPLICATIONOFGENETICALGORITHMININVERSEPROBLEMOFBEDTEMP

3、ERATURECandidate：YangKaiSupervisor：Prof.LuHuilinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerEngineeringAffiliation：SchoolofEnergyScienceandEngineeringDateofDefence：June26,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要循环流化床燃烧

4、技术具有高效清洁的优点。但是由于内部流动的随机性，燃烧与流动耦合在一起，导致数值模拟实验难度较大。总结分析国内外模拟计算循环流化床燃烧的方法，选用欧拉模型计算半焦在循环流化床内燃烧过程。床料分为粗细两相，粗颗粒相成分为：半焦、焦炭、石灰石、灰分，细颗粒相成分为：焦炭、氧化钙、硫酸钙、灰分。模拟一级破碎过程，半焦热解产物分为粗颗粒焦炭和细颗粒焦炭。半焦燃烧过程分为3部分：半焦颗粒热解、挥发分析出燃烧（均相反应）、焦碳燃烧（非均相反应）。考虑N和S的污染物，并分别用相应的反应方程描述。炉膛内部考虑相间传热及辐射传热。本文采用欧拉模型及建立的燃

5、烧模型，进行116MW循环流化床锅炉的数值模拟实验。首先分析粗细颗粒的流动状态。颗粒浓度场随炉膛高度的分布趋势为粗细颗粒在炉膛下部浓度较大，在稀相区浓度较小，分布均匀。颗粒浓度在床中部较小，而在炉膛壁面附近较大，呈现抛物线分布。在壁面处颗粒速度向下，炉膛中心区域速度向上，表现为环核结构。粗细颗粒在炉膛横向及纵向浓度分布都不均匀。分析截面颗粒浓度、床层压降沿高度分布规律。在计算流动的同时计算燃烧过程，得出炉膛温度分布，气相组分分布及燃烧反应速率分布。热解反应在颗粒进入炉膛后迅速发生。炉膛下部温度较高，沿炉高逐渐降低。通过反应速率解释气相组分

6、分布特点。在燃烧过程中考虑N和S的燃烧过程。分析N的相关反应速率，得出NO和N2O的浓度分布规律。通过改变二次风率以及循环倍率，分析出口处气相组分浓度变化趋势，研究不同操作条件对燃烧的影响。研究发现随着二次风比例增加，消耗NO反应速率增加，出口处NO浓度降低。二次风比例的增加，有利于NO排放减少但导致氧气利用率低，出口处CO浓度增加。循环倍率增加，炉内颗粒浓度增多导致出口处NO浓度降低。重建温度场前，先进行二维非稳态导热反问题，定热流边界条件的反演计算。反演参数与真值误差较小，结果证明建立的遗传算法求解的准确性。建立炉膛截面的二维非稳态传

7、热方程反问题，使用遗传算法计算待定参数值，根据正问题进行温度场的重建，并与测量温度场对比，在研究的范围内误差约50K左右。结果证明了方法的可行性。关键词：半焦；循环流化床；数值模拟；重构温度场I哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractCirculatingfluidizedbed(CFB)isamaturecleanandefficientcombustiontechnology.However,duetotherandomnessoftheinternalflow,combustionandflowarecoupledtogeth

8、er,whichmakesnumericalsimulationsmoredifficult.ThemethodofsimulatingforcalculatingCFBcombustiona