四角切向燃烧煤粉锅炉炉内喷钙的数值模拟

摘要

大气是人类赖以生存的最基本的环境因素，但是，近年来随着经济的飞速发展，能源的消耗急剧增长，大量化石燃料燃烧产生的工业废气，使大气环境质量日趋恶化，不但阻碍了经济的可持续发展，而且危及人类的生存。燃煤电厂SO<,2>排放是目前我国大气污染控制领域最为紧迫的任务。在众多脱硫工艺中，炉内喷钙脱硫是目前最经济的干法脱硫工艺，但其效率有待提高。 CFD技术是20世纪70年代伴随计算机技术的发展而发展起来的，是集流体力学、数值计算方法以及计算机图形学于一体，利用相应的数值计算方法求解数学方程和预测动量传递、热量传递、质量传递、化学反应以及相应的物理现象的一门科学。经过近半个世纪的发展，CFD技术已日臻成熟，出现多种CFD通用商业软件，可有效解决不同行业不同类型的具体问题，在解决工程实际问题方面得到广泛应用。FLUENT软件就是目前功能最全面、适应性最广、国内使用最广泛的CFD软件之一。 炉内喷钙脱硫工艺中，石灰石与烟气的混合条件是影响脱硫效率的重要因素。本文针对CG-670/13.7-M型煤粉锅炉炉内喷钙脱硫过程，应用FLUENT商业软件，对炉内气固两相流流场进行了数值模拟，得到了气固两相的速度场和石灰石颗粒的运动轨迹，分析了在不同喷射情况下炉内空气动力场特性及石灰石颗粒的分布情况。本文采用SIMPLE算法，将煤粉气流视为连续相介质，将石灰石颗粒相视为离散相介质，考虑两相之间的质量、动量转换，对炉内喷钙进行冷态数值模拟。气相湍流输运采用适用范围广的标准κ-ε双方程模型进行模拟，石灰石颗粒的跟踪采用随机轨道方法。先计算连续相流场，收敛后，再加入颗粒相，采用DPM(Discrete Phases Model)模型进行迭代计算。 本文对石灰石喷嘴的喷射速度(60m/s、70m/s、80m/s和90m/s)，石灰石喷嘴向下倾斜的角度(0°、20°、30°、40°和45°)及石灰石喷嘴的布置位置(26m和28m)几种情况分别进行了炉膛流场数值模拟，综合比较模拟结果，得出了石灰石喷嘴的最佳喷射设置。文中的模拟结果较为真实地反应了炉内喷钙过程炉内的流动状况，研究结果对提高脱硫效率，炉内喷钙脱硫的合理设计和运行调试提供了重要而有意义的参考依据。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号表

声明

第一章绪论

1.1课题背景

1.2锅炉炉内过程及炉内喷钙数值模拟的研究现状

1.3研究目的和研究意义

1.3.1研究目的

1.3.2研究意义

1.4本文的工作

第二章烟气脱硫简介

2.1湿法烟气脱硫技术

2.2半干法烟气脱硫技术

2.3干法烟气脱硫技术

2.4 LIFAC烟气脱硫技术

2.4.1工艺流程

2.4.2过程化学

2.4.3主要工艺参数

2.4.4炉膛温度预测和吸收剂混合数学模拟

2.4.5炉内喷钙对锅炉运行性能的影响

2.4.6 LIFAC脱硫工艺的工艺特点及应用概况

2.5本章小结

第三章计算流体动力学模型综述

3.1计算流体动力学简介

3.1.1计算流体动力学的应用领域

3.1.2 CFD的求解过程

3.1.3常用的CFD软件简介

3.2基本守恒方程

3.3气相流动

3.3.1气相流动模型的发展

3.3.2双方程模型

3.4颗粒相流动

3.4.1模型简介

3.4.2模型描述

3.4.3颗粒受力分析

3.5流场计算的SIMPLE算法

3.5.1 SIMPLE算法的基本思想

3.5.2 SIMPLE算法的计算步骤

3.6本章小结

第四章炉内喷钙的数值模拟与结果分析

4.1锅炉原形介绍

4.2模拟方案的设定

4.3网格生成技术

4.3.1概述

4.3.2结构化网格

4.3.3非结构化网格

4.3.4网格单元的分类

4.3.5网格划分

4.4控制方程

4.5边界条件

4.5.1流动入口边界条件

4.5.2出口边界条件

4.5.3固壁边界条件

4.6气相流场的模拟

4.7颗粒相的模拟

4.7.1喷钙后对燃烧器区域流场的影响

4.7.2喷射速度对比

4.7.3喷射角度和喷射位置的影响

4.8本章小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文