循环流化床锅炉燃烧特性与煤种关系的研究

论文摘要

随着国民经济的快速发展,人们对电力的需求日益增长,燃煤电站锅炉的数量逐渐增加,但目前煤炭资源供应紧张,燃煤电站锅炉很难稳定地燃用设计煤种。煤种多变、且偏离设计煤种对锅炉的稳定运行带来许多问题,诸如燃烧稳定性差、锅炉出力不足等。因此,针对我国电厂应用煤种繁多,煤质多变的现状,研究CFB锅炉的燃烧特性与煤种变化的关系,对锅炉的安全、经济运行都是很有必要的。目前,国内外广大学者对循环流化床燃烧室中复杂的流动、燃烧、化学反应以及传热等方面的研究,一般多采用具有针对性的试验研究,而借助计算机模拟来研究燃烧等复杂现象的方法相对较少,其中应用FLUENT软件对大型流化床锅炉的燃烧模拟也相对较少。鉴于当前的研究现状,本论文以云南大唐红河电厂一期工程首台国产化300MW循环流化床锅炉为研究对象,应用FLUENT软件,对流化床锅炉燃烧特性与煤种的关系进行了模拟研究。本文先介绍了我国能源发展现状以及燃煤在循环流化床中的燃烧机理,然后对炉内燃烧模型进行建立：气相流动选用了湍流模型；气固两相流选用了基于拉格朗日方法的随机颗粒轨道模型；燃煤燃烧模型中挥发分析出采用两步竞争反应模型,焦炭燃烧采用动力／扩散控制反应速率模型,气相燃烧采用单一混合分数法；辐射换热模型采用P-1模型,从而建立起循环流化床炉内燃烧模型。接着,借助FLUENT软件通过应用SIMPLE算法,对燃用小龙潭褐煤的300MW机组CFB锅炉进行了数值模拟；最后对温度场、组分场等所模拟出来的结果进行了相应的分析,并且辅以锅炉运行的实际工程数据加以验证,证明了模拟结果的可信性。本文还对该锅炉改用无烟煤进行了数值模拟,模拟结果表明,该锅炉更适宜燃用小龙潭褐煤。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外CFB锅炉发展状况
• 1.2.1 国外CFB锅炉发展状况
• 1.2.2 国内CFB锅炉发展状况
• 1.3 研究的目的和意义
• 1.4 本文的工作和研究内容
• 第二章 循环流化床锅炉的燃烧原理
• 2.1 CFB锅炉设备概况
• 2.2 燃煤在循环流化床中的燃烧
• 2.2.1 燃煤的干燥与加热
• 2.2.2 挥发分的析出及燃烧
• 2.2.3 焦炭的燃烧
• 2.3 不同煤种的燃烧特点
• 2.3.1 无烟煤煤种的燃烧特点
• 2.3.2 褐煤煤种的燃烧特点
• 2.4 煤种变化与锅炉燃烧特性的关系
• 2.5 本章小结
• 第三章 循环流化床炉内燃烧过程数学模型
• 3.1 气相湍流模型
• 3.1.1 模型控制方程
• 3.1.2 控制方程离散化目的及方法
• 3.2 气固两相流动模型
• 3.2.1 气固两相流模型分类
• 3.2.2 颗粒离散模型
• 3.3 燃煤燃烧模型
• 3.3.1 挥发分析出模型
• 3.3.2 焦炭燃烧模型
• 3.4 辐射换热模型
• 3.5 本章小结
• 第四章 FLUENT软件应用及数值模拟方法
• 4.1 计算流体力学
• 4.2 FLUENT软件及应用
• 4.2.1 FLUNET软件介绍
• 4.2.2 FLUNET在我国的应用
• 4.3 非预混燃烧模型中的混合分数/PDF方法
• 4.3.1 混合分数法
• 4.3.2 概率密度函数（PDF）法
• 4.4 本章小结
• 第五章 数值模拟及结果分析
• 5.1 炉膛几何模型及网格处理
• 5.2 FLUENT求解过程
• 5.2.1 网格操作
• 5.2.2 连续相模型设定
• 5.2.3 制作非绝热PDF查询表
• 5.2.4 离散相模型设定
• 5.2.5 气体连续相属性设定
• 5.2.6 固体离散相属性设定
• 5.2.7 边界条件设定
• 5.2.8 求解方法设置及控制
• 5.3 燃用褐煤时的模拟结果及分析
• 5.3.1 温度场分布图
• 5.3.2 混合分数分布图
• 5.3.3 焦炭燃尽图
• 5.3.4 组分场分布图
• 5.3.5 颗粒运动轨迹图
• 5.3.6 工程实际数据验证
• 5.4 改用无烟煤后的模拟结果及分析
• 5.4.1 温度场分布图
• 5.4.2 焦炭燃尽图
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读学位期间发表论文及科研情况