资源描述：
《单燃烧器卧式炉煤粉燃烧过程数值模.docx》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、单燃烧器卧式炉煤粉燃烧过程数值模（能源与动力工程学院）摘要：设计并模拟一种单燃烧器卧式炉煤粉燃烧器。该燃烧器采用一次风二次风分级配风方式对炉膛内煤粉进行燃烧。本文基于计算机辅助技术（ICEMCFD及FLUENT等）对该燃烧器燃烧过程进行燃烧仿真数值模拟，对温度场进行分析，检测各组分浓度场和一二次风流线，获得了如下结果。关键词：热能工程，单燃烧器，数值模拟，直流，fluent一．燃烧器结构及其工作原理单燃烧器卧式炉煤粉燃烧器结构如下图图1所示（来源：作业三文献）。该燃烧器工作原理为：一次风煤粉气流：二次风分为三个入口,两个入口在一次风上方，一个入
2、口在一次风下方。因为一二次风均为直流，能维持射流的刚性,保证煤粉火焰在炉内的穿透深度,且同一个平面上的一二次风口采用了分级配风的方式。此设计推迟一二次风的混合，适用于煤的低挥发分的特性，有利于煤粉的着火。同时保证了二次风量充足，空气和煤粉混合良好，可以保证煤粉完全燃烧。由结构图可知，炉膛在纵向截面上的分布尺寸比较大，远大于风口截面的尺寸，所以煤粉的中心火焰在离喷口前端不远处（来源：锅炉原理）。图1（左图所示）燃烧室的具体尺寸由上图可得，其长宽高分别为4、0.35、0.5（单位：m），而燃烧室的一次风二次风进口以及他们的具体尺寸可以由下图图2表示
3、：图2（左图所示）由以上我们可以得到该燃烧室及其进口结构尺寸。二．计算方法以及边界条件1.区域划分与网格划分为了正确计算燃烧器喷口附近的空气动力特性,在此区域网格进行细分。即以四个喷口为基准把截面分成了10个区域，区域显示图如图3所示。计算网格示于图4-1,4-2（ICEMCFD上显示以及Fluent上的网格显示）。（来源，教程ICEM网格划分）区域显示图图3图4-1图4-22.数学模拟及计算方法本次模拟采用Realizablek2ε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Π概率密度函数(PDF)模型模拟湍流气相燃
4、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2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用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0.001。（来源：数值计算与工程仿真）3.计算工况计算采用的煤种煤质特性分析示于表1。颗粒按初始粒径分布划分为10组,满足Rosin2Rammler分布公式,粒径范围为10～250μm,平均粒径为50μm,分布指数为1.5。4.煤的元素分析及工业分析作业中
5、给出的基础条件可以显示为下表表1：表1 煤的工业分析和元素分析工业分析（ad/%）元素分析（ad/%）20.3625.362.0352.2560.514.8345.6160.950.722329 由：质量流量=空气密度×风口面积×风的流速可计算得到燃烧器一次风速为15.3米每秒,风温为423K;上二次风速为17.3米每秒,风温为423K;中二次风速为17米每秒,风温为423K；下二次风速为21.4米每秒,风温为423K。给粉量为0.0044千克/秒。同样根据表中数据，将空气干燥基转换为干燥无灰基，计算得到的干燥无灰基中碳的质量百分含量83.33
6、6，氢的百分含量6.657，氧的百分含量7.735，氮的百分含量1.308，硫的百分含量0.96。计算出煤粉的干燥无灰基的低位发热量是3.08e07。水力直径为四倍面积除以周长，计算得到一次风的水力直径是0.021米，二次风的尺寸是一样的，水利直径均为0.024米，出口截面的水利直径是0.412米。壁面温度：900K壁面辐射率：0.01根据上述一系列条件的设置，利用Fluent进行模拟。得到该燃烧器的燃烧特性如速度场、温度场、氧浓度场、CO2、CO质量分数分布，一、二次风流线轨迹、颗粒轨迹进行了数值模拟,并统计了颗粒跟踪情况如停留时间和燃尽率。
7、（以上来源：fluent教程、数值计算与工程仿真）三．结果分析及讨论1.参数设置好后，在不进行颗粒迭代的情况下（冷态计算），计算98次流场的结果如下图图5所示：图52.加入煤粉颗粒，进行颗粒迭代，设置点火温度后，计算4300步的炉膛燃烧结果如下图图6所示：图63.一、二次风流线：如下为一、二次风流线轨迹、颗粒轨迹图，由于一次风和二次风均为直流射流，没有旋流，因此图中的流线图都是与前壁面垂直入射的。一次风处于中间，受二次风的影响比较小，故流线图比较整齐；而二次风受到一次风的影响，方向上有较大的偏差。且因它有混合扰流作用，所以从喷口出来的一段距离流
8、线紊乱。图7一次风图8上二次风图9中二次风图10下二次风图11颗粒物跟踪情况4.燃烧室内氧气场，二氧化碳场，速度场等情况氧气摩尔质量分布图中，在靠近风
