二次再热超超临界塔式锅炉燃烧特性的数值模拟研究

《二次再热超超临界塔式锅炉燃烧特性的数值模拟研究》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、二次再热超超临界塔式锅炉燃烧特性的数值模拟研究(申请清华大学工程硕士专业学位论文)培养单位：热能工程系学科：动力工程研究生：蒙晨玮指导教师：吴玉新副教授联合教师：徐雪元总工程师二○一六年十二月NumericalInvestigationonCombustionofUltraSupercriticalDoubleReheatBoilersThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofEngineerin

2、gbyMengChenweiPowerEngineeringThesisSupervisor:AssociateProfessorWuYuxinAssociateSupervisor:ChiefEngineerXuXueyuanDecember,2016摘要摘要火力机组仍是我国发电行业的主力机组，为了实现高效率、低能耗、低排放的目标，超高蒸汽参数的超超临界机组被认为是火电行业未来的重要发展方向,而制约超高参数机组发展的主要瓶颈来自于材料的限制。在给定的蒸汽参数条件下，具有清洁、高效特点的超超临界二次再热技术是目前提高效率、降低排放的切实选

3、择，有着广扩的应用前景。二次再热技术的主要难点在于复杂受热面的布置以及热负荷分配与调节。对于二次再热锅炉进行数值模拟，是深入理解该类锅炉运行特性的一种有效途径。本文针对1000MW等级的超超临界二次再热塔式锅炉建立了三维CFD数值模型，对炉内燃烧与传热特性进行了数值模拟研究。模型采用贴体三维非结构网格划分锅炉计算域，通过网格独立性分析确定了合理的网格数量，在考虑塔式锅炉的屏区受热面特性基础上建立了合理的传热边界条件；采用Eulerian-Lagrangian方法模拟煤粉在炉内的运动及燃烧过程，采用Realizablek-ε模型计算湍流信息

4、，DO模型计算炉内气固两相辐射传热；采用简化PDF模型求解湍流化学反应耦合特性。通过CFD数值模拟最终获得了锅炉内部的速度场、温度场、组分浓度以及热流密度分布，在设计工况下得到的各受热面热负荷分布与设计值相吻合。为考察煤种活性以及OFA对锅炉燃烧传热特性的影响，分析了不同煤种活化能参数以及燃尽风配比条件下，二次再热锅炉炉内温度场、热流密度分布特性以及NOx生成特性的变化规律。计算结果表明，煤粉颗粒燃烧在使用扩散-动力学模型时，对于焦炭燃烧反应的活化能存在敏感区间，当活化能处在在敏感区间时，CFD对于炉内温度、热流密度分布以及焦炭燃尽率的计

5、算结果随活化能变化而显著改变。当焦炭活化能增大时，颗粒的反应时间增加，燃尽率下降，高温区域上移到燃尽风区域。燃尽风风率在0%~20%范围内变化时，原始NO排放量随着燃尽风率的增高而降低，选用较高的燃尽风风率有利于降低污染物的排放；同时随着燃尽风率的升高，锅炉炉膛吸热比率降低，屏区过热器、再热器、省煤器等对流受热面吸热比率增加，因此对OFA的合理选用还应综合考虑热流密度分布变化对锅炉吸热特性的影响。关键词：四角切圆锅炉；数值模拟；活化能；燃尽风配比；热负荷分配IAbstractAbstractThethermalpowerunitissti

6、llthemajorunitinChineseelectricityindustry.Inordertoachievethegoalsofhighefficiencyandlowpollutantemission,theultra-supercriticalunitwithhighsteamparametersisconsideredasthefuturemodeofthermalpowerindustry.However,thebottle-neckofultra-supercriticalunitdevelopmentismateri

7、al,whichisstillunderdeveloped.Givenasteamtemperature,thedoublereheatultra-supercriticalunittechnologyisapracticalschemetoimproveefficiencyandreduceemissions.Themajordifficultiesinthedoublereheattechnologyarethedesignofcomplicatedheatingsurfacesandtheadjustmentofheatload.S

8、oitisconsiderablynecessarytonumericallyinvestigatetheoperatingcharacteristicofdoublereheatboiler