微油点燃生物质与低挥发分煤粉数值模拟研究

摘要

我国呈现出多煤少油的能源布局，煤的洁净燃烧技术不先进，已经造成了严重的环境污染问题。且石油使用量巨大，多数依赖进口，其已变成影响并制约我国全方位发展的重要物资。国内发电厂仍以燃煤为主，每次锅炉点火消耗大量燃油，低挥发分煤种燃烧释放的NO造成巨大污染。社会和经济得到了迅猛发展却消耗了大量的资源，环境也为之付出了沉重代价。如何减少电力产品单位能耗，减少污染物排放是火力发电行业必须考虑的首要问题。我国农产品种类多，废弃的植物秸秆和边角余料是一种巨大的浪费，生物质资源储量丰富，提高其利用率能缓解各方面压力，带来良好效益。微油点燃生物质与低挥发分煤粉技术既提高了生物质能的利用，又减少了石油消耗，同时还减少了NO的排放，对该技术进行研究有重要意义。
　　本文采用数值模拟的方法研究了微油点燃杨木、大豆秸秆、棉秆三种生物质与低挥发分煤粉混合燃料的燃烧特性。主要研究了一次风速度、生物质种类、生物质与低挥发分煤粉混合比、混合燃料粒径四种因素对微油点火的影响。选择质量守恒、动量守恒、能量守恒三大方程模型，标准k-ε双方程湍流模型，P-1辐射模型，平衡混合分数/PDF模型，污染物形成模型等，从而建立完整的燃烧器物理模型。对其进行网格划分，设立边界条件与各项参数进行模拟计算，通过对微油点火燃烧器内部温度场、物质成分分布的对比分析，得到以下结论:一次风速度为25m/s，生物质添加比为10％时，挥发分含量最高的杨木与低挥发分煤粉组成的混合燃料点火效果最佳，挥发分含量越高，燃烧过程中混合燃料释放的挥发分气体含量越高，越利于焦炭的点燃和稳定燃烧;以杨木与煤粉混合燃料为研究对象，一次风速度25m/s，生物质添加比为10％-15％时点火效果好，生物质比例过小，点火效果不明显;想要维持最佳点火效果存在临界生物质粒径，生物质粒径大于该临界粒径值时，随着生物质粒径增大，燃烧器出口温度呈递减趋势;当生物质粒径小于该临界值时，随生物质粒径增大，燃烧器出口温度呈上升趋势，以大豆秸秆与煤粉混合燃烧进行模拟研究，在一次风速度为22m/s时，得到最佳生物质粒径在96μm-120μm之间;一次风速度过小，燃烧器中混合燃料受到高温油火焰气流的冲刷，生物质颗粒易结焦，造成燃烧器内部堵塞，一次风速度过大又会造成燃料在燃烧室内停留时间过短，燃烧不充分，致使混合燃料中的挥发分析出和焦炭的燃烧都发生拖延，着火距离增大，燃烧不稳定性增加;微油点燃生物质与贫煤混合燃料时，生物质的挥发分析出温度远低于低挥发分煤粉，生物质通过热质交换和壁面辐射迅速吸收热量，析出的挥发分与煤种里的氮化物进行复杂的物理化学反应，能够有效的减少燃料型NO的排放。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 锅炉点火技术现状

1．2．1 锅炉常规点火技术

1．2．2 等离子点火技术

1．2．3 感应高温空气点火技术

1．2．4 微油点火技术

1．3 微油点火技术研究现状

1．4 本课题研究内容

第2章 煤粉燃烧理论

2．1 煤粉着火机理

2．1．1 均相着火理论

2．1．2 多相着火模型

2．1．3 均相—多相联合着火模型

2．1．4 傅维标等的煤焦着火通用规律

2．2 煤的着火判断

2．3 煤的点燃理论

2．3．1 火焰点燃

2．3．2 热壁面点燃

2．3．3 电火花点火

2．4 影响煤粉着火的因素分析

2．4．1 煤种的影响

2．4．2 煤粉粒径对着火的影响

2．4．3 煤粉浓度对着火的影响

2．4．4 氧浓度对着火的影晌

2．4．5 气流速度对着火的影响

2．5 低负荷稳燃技术

2．6 本章小结

第3章 微油点火燃烧器数学模型

3．1 基本控制方程

3．2 湍流模型

3．3 多相湍流模型

3．4 湍流燃烧模型

3．5 挥发分析出模型

3．6 辐射换热模型

3．7 焦炭燃烧模型

3．8 污染物形成模型

3．8．1 NOx的形成

3．8．2 烟灰形成

3．9 本章小结

第4章 微油点火燃烧器的数值模拟

4．1 燃烧器模型及网格划分

4．2 边界条件

4．3 模拟工况

4．4 结果分析

4．4．1 生物质种类对着火的影响

4．4．2 生物质添加比对着火的影响

4．4．3 生物质粒径对着火的影响

4．4．4 一次风速度对着火的影响

4．4．5 不同生物质配比对NO排放的影响

4．5 本章小结

第5章 全文总结

5．1 结论

5．2 不足之处

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况