富氧煤粉燃烧试验系统的数值模拟及优化-动力工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 必威体育官网网址口，在;一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 / 不必威体育官网网址囚。 (请在以上方框内打 ，J) 和名 LU 和 名 LU 格申年 作 又 论 位 学 口川山j3vm期日日期:快t3 口川 山 j 3 vm 期 日 上海交通大学硕士学位论文 上海交通大学硕士学位论文 万方数据 万方数据 富氧煤粉燃烧试验系统的数值模拟及优化 摘 要 燃煤电站的二氧化碳捕集与封存技术被认为是未来中期内实现二 氧化碳减排的有效措施，将常规煤粉燃烧锅炉改造为富氧煤粉燃烧是 电站锅炉二氧化碳捕集、利用与封存最有应用前景的方法之一。富氧 煤粉燃烧采用 O2/CO2 气氛取代了 O2/N2 气氛，CO2 与 N2 的性质差异引 起富氧煤粉燃烧在煤粉着火及火焰稳定性、燃烧反应动力学、炉内传 热以及污染物生成等方面与常规空气燃烧有很大不同。富氧煤粉燃烧 技术不仅可以用在新建的电站锅炉中，已有的常规空气煤粉燃烧锅炉 也可以改造成富氧煤粉燃烧方式。 本文以 40kW 同轴射流富氧煤粉燃烧试验系统和 3MW 四角切圆 空气煤粉燃烧试验系统两个不同规模的煤粉燃烧试验系统为研究对象, 根据其结构、运行参数，通过建立炉膛的三维结构模型及网格生成， 利用 FLUENT 数值计算软件进行数值模拟。 对 40kW 同轴射流富氧煤粉燃烧试验系统进行数值模拟，研究了 在总氧浓度和氧化剂过量系数一定的条件下，不同的一次风氧浓度对 同轴射流富氧燃烧煤粉着火距离的影响，为低一次风氧浓度下富氧煤 粉燃烧火焰稳定性研究奠定基础。数值模拟结果表明，在总氧浓度为 40%和氧化剂过量系数为 1.15 条件下，一次风氧浓度为 20.9%时，着 火距离较短，为附着火焰；当一次风氧浓度减小至 14.6%、10.0%、5.5% 和 0 时，着火距离明显增大，着火延迟，为分离火焰。提高二次风预 热温度有助于低一次风氧浓度下富氧燃烧煤粉着火及火焰稳定性。计 算结果与试验结果符合良好。 为了匹配与空气燃烧相同的炉内温度分布和热负荷分布，对 3MW 四角切圆煤粉燃烧锅炉试验系统在空气气氛和 O2/CO2 气氛下的煤粉 I 燃烧分别进行数值模拟，设计了不同的数值模拟工况，确定了合适的 富氧煤粉燃烧总体氧浓度，考虑到一次风煤粉输送的安全性，对降低 一次风氧浓度的情况进行模拟。从炉膛内的温度分布和炉膛壁面热负 荷的匹配来看，将富氧煤粉燃烧下的总体氧浓度定为 30%是合适的。 将一次风氧浓度降低到 21%，炉膛内温度水平很低，通过提高二次风 温进行优化。模拟结果表明，二次风温度的提高改善了低一次风氧浓 度下的炉内温度水平。 关键词：富氧燃烧，煤粉燃烧，数值模拟，优化 II NUMERICAL SIMULATION AND OPTIMIZATION OF OXY-COAL COMBUSTION TEST RIG ABSTRACT Carbon dioxide capture and storage technology has been considered to be an effective method for carbon dioxide emission reduction in the near future. Retrofitting of the existing conventional pulverized coal combustion to oxy-coal combustion operation is suggested as one of the promising technologies for carbon dioxide capture and storage in power station boilers. Air atmosphere is replaced by an O2/CO2 mixture in oxy-coal combustion technology. Physical and chemical properties of CO2 and N2 varies which cause the differences in pulverized coal ignition and flame stability, combustion reaction kinetics, furnace heat transfer and pol