单脚炉煤粉燃烧过程数值模拟..docxVIP

单脚炉煤粉燃烧模拟与分析李满 u200811600 能源0812班摘 要：本文通过借助fluent软件研究了对于单脚炉中煤粉的燃烧的数值模拟，燃烧是通过一次风进煤，二次风分为上中下三部分通入，模拟结果表明，炉膛内部形成了强烈的回流区和紊流区，加强了对于高温烟气的卷吸作用和煤粉与空气的充分接触，煤粉的着火距离大概在0.5m左右，燃烧过程进行的非常完全，最高温度达1641K，挥发分燃尽率达100%，焦炭燃尽率在75%左右。燃烧器结构本燃烧器的三维结构图如图1.1所示，炉膛主体是长方体腔，炉膛的详细尺寸在图中可以看出，炉膛采用的是一次风进煤，二次风分为三部分：上二次风、中二次风、下二次风且三个二次风入口的尺寸是一样大的，具体尺寸见图1.2。图1.1 燃烧炉膛的三维结构和尺寸图1.2 进风口的尺寸和位置计算方法2. 1 　燃烧室结构及网格划分计算的燃烧室结构示于图2。由于在炉膛的进风口所在面并不是规则的正方形或者长方形，因此需要进行区域的划分以使网格质量提高,最终的计算网格示于图2.1。为了正确模拟进风口处的复杂流动，特别将进风口的网格画的更密一些，并且由于随着燃烧距离的增加，炉膛内的情况趋于均匀，因此将网格的密度随着炉膛的长度按比例画的更粗一些。图2.1 　计算网格划分2. 2 　数学模型及计算方法本文采用Realizable 模型计算气相湍流模型,采用随机轨道模型计算颗粒的运动轨迹,采用混合分数P概率密度函数( PDF) 模型模拟湍流气相燃烧,采用双平行反应模型模拟煤挥发分的热解过程,采用动力-扩散控制燃烧模型模拟煤焦的燃烧,采用P1 模型计算辐射传热。计算守恒方程采用控制容积法,使用差分格式进行对流项及扩散项的离散。对于离散方程组的压力和速度耦合采SIMPLER 算法求解,求解方程采用逐线迭代法及低松驰因子,收敛标准各余项小于。2. 3 　计算工况计算采用的煤种煤质特性分析示于表2.1。煤粉颗粒按初始粒径分布划分为10 组, 满足Rosin-Rannler 分布公式,粒径范围为10～250μm ,平均粒径为54μm ,分布指数为1.5 。表2.1 　煤的工业分析和元素分析工业分析（%）元素分析（%）21.5614.3631.362.0352.2556.522.8345.6160.950.722329燃烧器一次风的风量是，风温为423K；下二次风风量是，风温为423K；中二次风风量是，风温为423K；上二次风风量是，风温为423K；给粉量（干燥基）为4.4，换算为干燥无灰基应该是，壁面温度900K，辐射率0.6。结果分析及讨论如下图3.1,3.2,3.2，3.4分别炉膛对称面燃烧的典型温度场，氧浓度场，速度场和速度矢量图。3.1 温度场温度场显示炉膛对称面的温度分布，火焰的着火距离比较靠近进风口，这样容易使燃烧完全，同时不会让出口高温烟气温度过高，损坏过热器等设备，但是与进风口保持了一定的距离，不会造成对喷口的高温烧坏或者产生结渣现象，因此火焰的燃烧位置是相当理想的。图中还可以看到随着距离的延长，炉膛内的温度分布也是愈发趋近均匀，这对于壁面是有很好的保护作用的,出口较低温度也防止了过热器的损坏以及炉膛的结渣。3.2 氧浓度场从氧浓度场可以看出，氧气主要在高温区域被消耗，温度的高低与氧气浓度的高低分布正好相反。进风口的氧气浓度是最高的，燃烧中心区氧气浓度最低，之后氧气的整体浓度随燃烧的缓慢进行缓慢降低。并且从出口处可以看出氧气是过量的，但是过量系数并不高，因此炉膛中燃烧进行是完全的，排烟损失效率也是很低的。3.3 速度场3.4 速度矢量场从速度场和速度矢量场中可以看出，只有入口处的气流速度比较大，速度的大小与方向在火焰燃烧中心处的变化是很大的，特别是在左下角部分，由于进风口都分布在比较偏上方的部分，空气在这里形成了回流区，使得燃烧过程对于高温烟气的卷吸过程非常剧烈。同时，燃烧中心区的流动状态非常紊乱，这对于燃烧的完全进行也是非常有利的，从这里我们也可以推断燃烧过程进行的相当完全。3.5 CO质量分数分布图3.6 CO2质量分数分布图从3.5和3.6CO和CO2的质量分数分布图可以看出，CO的质量分数在整个炉膛内都是非常低的，只在燃烧的中心区存在少量CO，原因可能是在这里发生的是动力燃烧，氧气的扩散速度慢于反应的速度，使得氧气与煤粉的接触不够充分，生成了一定量的CO，但是在随后的地方，CO立即被消耗掉了。CO2则是在燃烧最剧烈的地方开始急剧增加，并在随后的燃烧中缓慢增加，逐渐积累到最大值，排出炉膛。3.7 对称面温度分布图如图3.7所示，对称面的温度随炉膛纵深的温度变化显示了在接近0.7m左右的地方温度达最大值。整个温度是单峰分布，最高值大约在1640K左右，进一步说明着火距离是比较理想的。 3.8 一次风流线图3.9 上二次风流