生物质与煤共燃温度场的数值模拟.pdf

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1、第34卷第1期东北电力大学学报Vo1．34．No．12014年2月JournalOfNortheastDianliUniversityFeb．．2014文章编号：1005—2992(2014)01—0001—04生物质与煤共燃温度场的数值模拟卢洪波，马玉鑫，祖国刚，方剑(东北电力大学能源与动力工程学院，吉林吉林132012)摘要：以内蒙某电厂600MW四角切圆煤粉炉为例，利用流体动力学软件“Fluent”对生物质在各掺混比下与煤的共燃进行了数值模拟，得出不同混燃比例对炉内流场，温度场的影响。计算结果表明，混燃生物质后炉内流场无明显变

2、化，炉膛温度下降，且随着混燃比例的提高，炉膛温度降低。关键词：生物质；混燃；温度场；数值模拟中图分类号：TK224．1文献标识码：A生物质与煤混燃发电是将部分生物质与煤进行混燃，这样做可以有效缓解能源短缺。过去几十年中生物质与煤混燃技术的发展主要基于锅炉运行经验及小规模实验装置所测得数据，但由于实验装置昂贵，并且非预混燃烧过程十分复杂，所以结论很难在实际中应用。而随着计算机技术的发展，燃烧过程的数值模拟已经成为燃烧研究的重要手段，关于大型煤粉炉燃烧的数值模拟已有深入的研究¨，然而混烧生物质的数值研究多数以小型锅炉为研究对象，Kaer

3、SK采用商业软件CFX对33MW秸秆炉排锅炉建立了独立的床层数学模型并进行数值模拟，得出炉内混合不好会导致飞灰含碳量的增加。ZhouH等对在固定床上的秸秆燃烧进行了数值模拟，其重点是研究NO的生成和减少的原因。S．R．Gubba和D．B．Ingham等通过改变炉膛进口生物质的形状以及粒径大小等因素对一台300MW煤粉炉进行了数值模拟l8J，认为生物质颗粒热传递模型对燃烧特性具有一定影响。国内XuebinWang，HouzhangTan，YanqingNiu等对陕西宝鸡电厂300MW煤粉炉进行了混燃的实验研究，然而国内对生物质与煤在大

4、型煤粉炉中的数值模拟研究较少。本文着重以生物质与煤掺混比例为变量，对炉内温度场，流场进行了数值研究，目的在于为大型锅炉混烧生物质提供依据。1数学模型及基本方程1．1数学模型本文采用内蒙古乌拉盖褐煤以及秸秆为燃料，以内蒙古某电厂600MWSG一2059／17．5一M920型亚临界控制循环锅炉为计算实例。炉膛宽19558mill，深16940．5mm，采用正压直吹式制粉系统，锅炉配置6台ZGM123G中速磨煤机，每台磨的出口由四根煤粉管接至炉膛四角的同一层煤粉喷嘴，锅炉MCR和ECR负荷时均投五层，另一层备用。直流燃烧器四角布置，切向燃

5、烧，采用成熟的浓淡分离宽调节比(WR)煤粉喷嘴，一、二次风喷嘴呈间隔排列。另外在燃烧器二次风室中配置了三层共12支轻油枪，采用机械压力雾化方式，燃油容量按30％MCR负荷设计。锅炉的主要设计参数如表1所示。收稿日期：2013—10—10作者简介：卢洪波(1968一)，男，吉林省吉林市人，东北电力大学能源与动力工程学院教授，博士，主要研究方向：高效清洁燃烧技术．2东北电力大学学报第34卷1．2网格划分本文根据该电厂炉膛的结构特点及流动特点，利用Gambit软件进行对炉膛进行网格划分，将整个汁算区域分成五个区段：上炉膛区、燃烧器与上炉膛

6、交接、燃烧器区、冷灰斗与燃烧器交接区、冷灰斗、为r减小网格结构造成的数值伪扩散，本文采』丹贴体坐标法”，在主要燃烧区喷口处进行局部格加密处理，减少伪扩散引起的数值误差”，以便提高计算精度网格总数为436099，最大扭曲率为0．81，符合汁算要求，见图1。1．3基本方程基本控制方程包括连续性方程、动量方程、能量1锅炉物理模型及水平【刀面网格分程、状态方程”。燃烧计算采用非预混燃烧模型，气相湍流的输送采用标准k—模型，气相湍流的燃烧采用混合分数／PDF模型，焦炭的燃烧采用动力／扩散控制反应速率模型，辐射传热采用P一1辐射模型．(1)动力

7、学／扩散控制反应速率模型控制方程为R：，(1)式中：K为总的反应速率常数；n为化学反应级数，其数值在0到l之问；P为氧气的分压力。本文采用动力学／扩散控制方程速率模型模拟燃料的燃烧”。(2)采用P一1辐射模型控制方程，对于辐射热流q，有如下方程：1qr一了嘉VG，(2)中：n为吸收系数；为散射系数；G为入射辐射。果川P一1辅射模汁算辐射传热。2模拟结果讨论与分析2．1炉膛纵切面温度分布结果及分析2为种1况下炉膛纵切面温度分布轮廓图。⋯该图可知：(1)从¨以看m模拟得到的炉膛出口(分隔屏部)甲均濉度由1300K递减至l250K。5％1

8、0％l5％Ctu‘istensetIKA等人通过实验证实K，SO是在650～2各比例下炉膛纵切面温度分布900℃IhJ从结晶析出，而KCI则是在700℃左第1期卢洪渡等：生物质与煤共燃温度场的数值模拟3右结品析出。所以在尾部烟道段KC