富氧条件下生物质床层燃烧特性的数值研究

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生物质能作为一种重要的化石燃料替代能源,近些年在世界范围内得到了快速的发展和广泛地应用。针对我国工业链条锅炉燃烧效率偏低和污染物过度排放等问题,采用生物质燃料替代燃煤对工业链条锅炉进行优化改造或者设计新型生物质燃料锅炉成为缓解上述问题的重要途径。同时针对生物质燃料燃烧温度偏低、利用效率低等特点,引入富氧燃烧技术强化生物质燃料燃烧有助于其实际应用。因此,本文采用数值模拟方法对富氧条件下生物质燃料床层燃烧特性的研究具有重要意义。  首先针对链条锅炉中生物质床层燃烧过程,考虑床层内部传热传质及化学反应过程,采用颗粒非等温模型,利用动网格技术模拟床层高度的改变,并在原模型的基础上进一步考虑沿炉排方向上的能量传递,建立床层燃烧模型,并利用FLUENT软件进行数值计算。计算得到的床层燃烧相关参数与实验数据吻合情况良好,验证了模型的正确性。与原模型相比,采用改进模型使床层燃烧过程总耗时缩短,且更符合实际运行工况。  其次,对不同富氧条件、不同燃料参数下床层燃烧过程进行数值计算。经研究发现:氧气含量增加会使床层燃烧效率明显提高,挥发分析出速率和焦炭燃烧速率均有所增加,床层燃烧过程总耗时缩短;颗粒直径减小在燃烧过程前期促使挥发分析出速率和焦炭燃烧速率的升高速率增加,着火位置提前,且床层燃烧总耗时缩短;水分含量增加会使挥发分析出速率和焦炭燃烧速率均有所降低,着火位置延后,且床层燃烧总耗时延长;富氧条件下不同燃料参数对床层燃烧过程的影响规律与空气条件基本一致。  最后,对提前配风和延迟配风条件下的床层燃烧过程进行数值计算。经研究发现:相较于均匀配风,提前配风和延迟配风对床层燃烧过程初始阶段的影响较小,挥发分析出速率均略有增加;随着一次风流量增加,床层主要燃烧区间的位置提前,焦炭燃烧速率、气体流速均有所增加;燃烧过程后期,提前配风条件下存在燃料不完全燃烧现象,而延迟配风条件下燃料燃烧完全,且床层燃烧反应耗时缩短;富氧条件下采用提前配风和延迟配风,床层燃烧效率提高,燃烧过程相关参数的变化趋势与空气条件基本一致。
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