煤粉燃烧器.docVIP

第一章 综述 1.1课题的背景 随着我国国民经济的迅速发展，人民生活水平日渐提高，对用电量的需求也越来越大。近二十年来，我国的电力工业有了很大的发展，技术水平也迅速提高。到2002年底，我国发电总装机容量达到3.53亿KW;总发电量16400亿瓦,发电总装机容量和总发电量均为世界第2位。但我国人均装机容量为0.27 千瓦,人均发电量为1255KWB，不到世界平均水平的一半，仅为发达国家的一半。因此，今后若干年内我国火电事业的发展任重而道远。然而，我国火电的发展面临着以下几个问题: 1）我国人口众多，资源相对贫乏。尽管我国自然资源总量位居世界第7位，能源资源总量约为4万亿吨标准煤，居世界第3位;我国人均能源资源占有量不及世界水平的一半。同时我国还是世界唯一以煤炭为主的能源消耗大国，煤炭约占全国能源生产和消费的70%左右，煤耗占世界煤炭消费总量的27%。而火电厂又是我国的用煤大户，每年要耗煤3亿多吨，相当于国家原煤产量的三分之一。因此，为了保证其他行业用煤的质量及数量，我国火电的用煤多以劣质煤为主。这些劣质煤给锅炉煤粉燃烧带来了一系列问题，如:着火困难，燃烧不稳定，安全性差，燃烧效率低，经济指标差，受热面结渣，高温腐蚀现象严重，污染物排放高等。 2）随着经济的发展，由于对资源的不合理利用和能源消耗量的增加，我国生态环境不断恶化。我国烟尘和NO的排放量分别达到了2100万吨和353万吨，其中煤燃烧造成的排放量分别占70%和90%。而电厂又是煤燃烧的大户，因此要想阻止环境的继续恶化，电厂的环保是个不可忽视的问题。表1.1预计了2010年电厂污染物的年排放量： 表1.1 预计2010年电厂各种污染物总排放量(单位:万吨) 二氧化碳 碳氢化合物 氮氧化物 二氧化硫 灰渣 烟尘 37.4 9.7 969.7 1875.0 27490.3 277.7 最后，近年来随着人民水平的不断提高和经济的飞速发展;生产用电和民用电都迅速增长，电网峰谷差急剧加大。各大电网的最大峰谷差己超过系统最大负荷的35%，有的甚至超过50%。这种情况下必然要求越来越多的大容量机组参加调峰。因此，研制在锅炉较 低负荷下仍能保持稳燃的燃烧器是当前急需解决的问题。 总之，为了能更合理的利用燃料，提高燃烧效率，增强机组的调峰能力，降低污染物的排放，开发研究能满足稳燃高效、低污染排放等要求的燃烧器是十分必要的。而本论文所研究的不同旋流角对旋流燃烧器性能的优化能较好的满足这些要求，因此本课题具有很强的现实意义，对燃烧器的发展具有一定的价值。 1.2论文的研究内容 本文主要所研究的是不同旋流角对煤粉燃烧器性能（回流区大小、内部温度场）的影响，1/12煤粉燃烧器结构模型的一个截面图如图1.1所示。 图1.1 煤粉燃烧器结构 此燃烧器在一次风出口处配煤粉浓缩器。二次风分为直流二次风和旋流二次风。内二次风为旋流二次风；外二次风为直流二次风，本文通过调节不同旋流角来讨论旋流角对回流区的大小、内部温度场的分布的影响。因此，本文所研究的燃烧器具有较强的煤种适应性能和调节性。 1.3、国内外研究进展 燃烧室的设计以往主要依靠经验以及大量实验。20世纪70年代初以来，由于计算机和计算流体力学、计算传热学和计算燃烧学的迅速发展，使情况发生了很大变化。目前使用数值模拟已可以预报燃烧室中的流场、壁面热流、燃烧及污染物排放等各种场分布的细节，有效地提供了进行最优化及放大设计的新方法。数值模拟可以大大地减少实验所需的人力、物力和财力，在国外已广泛地应用于技术设计工作之中。数值模拟已成为燃烧室设计和研究中必不可少的方法燃烧室中的旋流是通过燃烧室入口旋流器中产生的切向或环向速度分量来实现的。足够的旋流强度能够在流动方向产生逆压梯度，从而导致回流。旋流流场是十分复杂的，因此在旋流燃烧室的数值模拟中，必须充分考虑湍流模型和边界条件。 湍流是流体力学中尚未解决的最复杂的理论问题之一，其研究的根本方法是进行直接数值模拟（DNS），即在Kolmogorov 尺度的网格中求解瞬态Naiver-Stokes方程，而不使用任何湍流模型。但是DNS方法要占据非常庞大的计算机容量和CPU时间，因而在其当前发展阶段还不能解决任何实际工程问题。另一种方法是大涡模拟（LES），即在大涡尺度的网格系内求解N-S方程，对小尺度湍流仍需模拟（亚网格模拟）。LES方法仍需要相当大的计算机容量和CPU时间，因而距工程预报应用还有一定距离。目前唯一实用的工程预报方法，是基于求解Reynolds时均方程及关联量输运方程的湍流模拟方法，即湍流的统观模拟方法。 湍流统观模拟的基本思想是利用低阶关联量和平均流性质来模拟未知的高阶关联项，从而封闭平均方程组或关联项方程组。在处理工程问题时，基于求解Reynolds时均方程的湍流统观模