【干货】循环流化床锅炉燃烧过程仿真研究-北极星火力发电网

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摘要:建立循环流化床锅炉的二维几何模型，采用欧拉双流体模型与离散相模型相结合的方法对CFBB燃烧过程进行仿真分析。根据仿真所得锅炉内部床料颗粒、煤粉颗粒分布情况以及气相温度场、浓度场等多物理场分布特点，得出结论：同时使用欧拉双流体模型与离散相模型具有可行性;在CFBB燃烧过程中，内部煤粉的火焰位置是变化的。下一步的研究重点是CFBB三维几何模型的仿真分析。

前言:

循环流化床锅炉(CFBB)因其燃料适应性广、低NOx排放、负荷调节比大、燃料制备系统简单等优点而得到广泛应用，正向大型化、超临界方向发展。在CFBB内部流动和燃烧特性的理论研究中，因其炉内流体动力特性十分复杂，至今仍没有被完全了解，但炉膛内存在下部密相区和上部稀相区已被普遍接受。根据对气固两相流离散相的不同处理方式，CFBB气固两相流数值模拟可分为双流体模型和颗粒轨道模型，以及在此基础上发展的小室模型和能量最小尺度模型。吴斌、白志刚等采用基于颗粒动力学理论的欧拉双流体模型对CFBB炉膛内气、固流动特性进行了数值模拟，蔡杰等利用颗粒轨道模型对喷动床内颗粒的运动进行了数值模拟，李德波等对拉格朗日下颗粒相数值计算与直接数值模拟进行了对比。

在上述研究T作中，对CFBB炉膛内部气固两相流的模拟多侧重于将双流体模型与颗粒轨道模型分开，罕有同时采用双流体模型与离散相模型。本文通过对某电厂CFBB建立几何模型，借助ANSYSFluent软件，将双流体模型与离散相模型同时运用于锅炉燃烧过程的仿真计算中，得出炉内温度场、浓度场以及固体颗粒分布情况。

1 CFBB燃烧过程的数学模型

1.1 几何模型

CFBB包括一次风系统、二次风系统、布风板和炉膛等，本文主要着眼于考察双流体模型与离散相模型联合使用的仿真效果。为了加快计算速度，采用二维CFBB几何模型，如图1所示。

1.2 数学模型

CFBB燃烧过程是典型的连续生产过程，煤粉颗粒进入炉膛后在高温环境下发生剧烈燃烧，并与周围的气流发生动量、质量与能量的交换。本文将下部密相区床料颗粒相视为连续相，进入炉膛的煤粉颗粒相采用颗粒轨道模型(即离散相)描述。

1.3 化学反应模型

煤粉颗粒进入锅炉炉膛后被周围高温气流加热而迅速发生反应，本次模拟对燃烧过程进行了简化处理，燃烧过程主要包括挥发分热解反应、焦炭燃烧反应等。

1.4操作参数

计算模型中只考虑气、固拽力作用，不考虑升力及虚拟质量力。仿真模拟操作参数：初始床高500mm，最大堆积体积分数0，55，床料直径2mm，一次风量263180m3/h，二次风量126524m3/h，气相体积质量1.225kg/m3，固相体积质量2700kg/m3，返料口给煤量84t/h。给煤口煤粉各成分所占比例：挥发分20%，焦炭45%，灰分25%，水分10%。

原标题：循环流化床锅炉燃烧过程仿真研究

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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