《旋流煤粉燃燒器的數(shù)值探析》11000字（論文）

1-旋流煤粉燃燒器的數(shù)值分析目錄TOC\o"1-2"\h\u9021旋流煤粉燃燒器的數(shù)值分析 -1-217191引言 -1-79332旋流煤粉燃燒器數(shù)值分析的概述 -2-95632.1關(guān)于旋流煤粉燃燒器的相關(guān)研究進(jìn)展 -2-78682.2相關(guān)工作軟件介紹 -5-72602.3旋流煤粉燃燒器的簡介 -5-308853旋流煤粉燃燒器的數(shù)值分析 -7-278993.1旋流煤粉燃燒器的模型建立 -7-67423.2計(jì)算對(duì)象和網(wǎng)格的生成 -8-167343.3Fluent相關(guān)參數(shù)設(shè)置 -9-52343.4Fluent熱態(tài)模擬 -11-6084Fluent熱態(tài)模擬后各因素的影響規(guī)律 -14-10284.1改變參數(shù)一次風(fēng)溫，模擬后處理，總結(jié)影響規(guī)律 -14-230414.2改變參數(shù)二次風(fēng)溫，模擬后處理，總結(jié)影響規(guī)律 -25-204204.3改變參數(shù)煤粉粒度，模擬后處理，總結(jié)影響規(guī)律 -36-11772結(jié)論 -46-8379參考文獻(xiàn) -47-摘要：性能穩(wěn)定的燃燒器，應(yīng)具備生成良好空氣動(dòng)力場(chǎng)、使燃料能夠及時(shí)燃燒、與空氣適時(shí)混合、確保燃燒的具有穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)。本文根據(jù)旋流煤粉燃燒器的實(shí)際結(jié)構(gòu)，建立物理模型及數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用FLUENT軟件，基于RNG

k-ε湍流方程，結(jié)合有限體積法對(duì)控制方程進(jìn)行離散，在依次改變一次風(fēng)溫、二次風(fēng)溫等不同影響因素下，對(duì)旋流煤粉燃燒器的燃燒室進(jìn)行仿真模擬。提高可燃熱風(fēng)機(jī)的溫度控制是為了提高著火反應(yīng)速度和提高著火環(huán)境穩(wěn)定性的一種必要措施之一。二次風(fēng)溫愈高,愈能強(qiáng)化燃燒,并能在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)增強(qiáng)著火的穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞：旋流煤粉燃燒器燃料燃燒空氣動(dòng)力場(chǎng)仿真模擬引言煤粉煤氣燃燒器采用具有特殊技術(shù)設(shè)計(jì)的多級(jí)泵和多嘴噴式送風(fēng)渦流導(dǎo)向傳動(dòng)結(jié)構(gòu),能在短短的時(shí)間內(nèi)有效使低溫煤粉燃燒產(chǎn)生快速高溫煤氣渦流，但控制低溫煤粉燃燒又不會(huì)影響控制煤粉的綜合燃燒的效率,協(xié)調(diào)好煤粉這兩項(xiàng)燃燒技術(shù)的不同應(yīng)用環(huán)境使之都能達(dá)到煤粉綜合最佳燃燒效果這才是根本目的,實(shí)際上就不是要求對(duì)控制煤粉在燃燒的全整個(gè)過程溫度加以控制。既需要能夠同時(shí)保證一定煤粉燃燒著火的溫度穩(wěn)定性,又需要有較低的煤粉燃燒持續(xù)溫度,同時(shí)還要有一個(gè)足夠長的并在一定燃燒溫度下的煤粉燃燒持續(xù)時(shí)間可以保證煤粉燃燼。隨著煤炭資源逐漸向集中-分布式能源利用體系方向發(fā)展,小規(guī)模煤粉工業(yè)鍋爐系統(tǒng)在能源分布利用中將扮演至關(guān)重要的角色,但啟停頻繁、負(fù)荷調(diào)節(jié)寬泛等實(shí)際現(xiàn)狀對(duì)其快速著火、穩(wěn)定燃燒提出較高要求,同時(shí)燃燒溫度低、火焰行程短等特點(diǎn)導(dǎo)致不易實(shí)現(xiàn)煤粉高效清潔燃燒,預(yù)燃室旋流煤粉燃燒器作為其核心燃燒裝置是組織煤粉氣流著火、穩(wěn)燃低氮的重要基礎(chǔ)。對(duì)預(yù)燃室旋流煤粉燃燒器的早期和目前研究應(yīng)用進(jìn)行回顧和論述,總結(jié)其共性和異性,隨后給出未來發(fā)展研究趨勢(shì),為預(yù)燃室旋流煤粉燃燒器的設(shè)計(jì)開發(fā)提供啟發(fā)思路。研究進(jìn)展匯總表明:早期預(yù)燃室旋流煤粉燃燒器以一次風(fēng)、粉旋流為主,多用于電站鍋爐；目前預(yù)燃室旋流煤粉燃燒器以二次風(fēng)旋流為主,多用于煤粉工業(yè)鍋爐,主要分類有鈍體、分級(jí)、逆噴等結(jié)構(gòu)特點(diǎn),分別從強(qiáng)化回流、分級(jí)燃燒、逆向射流燃燒方面進(jìn)行研究,具備一定高效低氮燃燒效果,為煤粉工業(yè)鍋爐快速發(fā)展奠定基礎(chǔ);最后針對(duì)預(yù)燃室旋流煤粉燃燒器未來研究趨勢(shì)提出粗細(xì)顆粒分離燃燒、預(yù)燃室結(jié)構(gòu)形狀、顆粒預(yù)燃室內(nèi)停留時(shí)間3個(gè)方面研究內(nèi)容,以促進(jìn)煤粉工業(yè)鍋爐強(qiáng)化高效低氮燃燒、拓寬負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍與提升煤種適用性。運(yùn)用基于fluent軟件,基于RNGk-ε有限湍流體積方程,結(jié)合有限湍流體積的方法對(duì)溫度控制湍流方程取值進(jìn)行二次離散,在依次考慮改變一次風(fēng)溫、二次風(fēng)溫、煤粉粒度三種不同介質(zhì)影響溫度因素下,對(duì)燃煤電站采用旋流煤氣燃燒器的旋流燃燒室結(jié)構(gòu)進(jìn)行性能仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)M,為改進(jìn)旋流煤粉燃燒器的性能優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及日常設(shè)備運(yùn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整及其工作原理提供一個(gè)相應(yīng)的技術(shù)參考實(shí)驗(yàn)依據(jù)。旋流煤粉燃燒器數(shù)值分析的概述關(guān)于旋流煤粉燃燒器的相關(guān)研究進(jìn)展煤粉燃燒器的燃燒和NOx生成特性一次性通風(fēng)燃燒煤粉底部氣流經(jīng)兩級(jí)高速濃縮后,可以將大或小部分燃燒煤粉氣流濃縮于中間濃縮到煤粉中的氣流底部通道,濃縮從煤粉底部氣流通道噴出后的速度在12~16m/s,能夠在距離燃燒器底端出口底部形成低速、富裕的燃料散熱區(qū),促進(jìn)燃燒煤粉底部氣流的快速濃縮升溫及防止著火,著火地點(diǎn)位置一般距距離燃燒器底部出口約300mm。同時(shí),穩(wěn)燃板的設(shè)置可以在燃燒器出口處形成兩處對(duì)稱高溫回流區(qū),對(duì)應(yīng)回流區(qū)長度在160mm附近。減小一次啟動(dòng)風(fēng)量并同時(shí)增大二次啟動(dòng)風(fēng)量,將降低揮發(fā)分的反應(yīng)速率,延長CO及固定碳的反應(yīng)時(shí)間,火焰高溫區(qū)長度相應(yīng)增大,且不利于抑制Nox生成。而就是當(dāng)風(fēng)速增大二次式通風(fēng)量同時(shí)等于減小煤粉燃盡一次風(fēng)量時(shí),高速二次式通風(fēng)對(duì)燃燒煤粉可燃?xì)饬鞯恼駝?dòng)引射抑制作用就會(huì)增強(qiáng),為后續(xù)煤粉燃燒持續(xù)補(bǔ)氧,促進(jìn)了后續(xù)煤粉的持續(xù)燃燒放熱,同時(shí)由于空氣分級(jí)燃燒效果進(jìn)一步減弱,削弱了主燃區(qū)還原性效果,使Nox排放濃度保持較高水平?？偨Y(jié)該新型燃燒器的Nox氧熱生成抑制特性,基準(zhǔn)燃燒工況下,得益于其在燃燒器內(nèi)部出口附加高溫貧氧回流燃燒區(qū)與附加低速富活性燃料回流區(qū)的共同光合作用,能夠抑制使其在燃燒器內(nèi)部出口快速形成貧氧富活性燃料的強(qiáng)烈和還原性燃燒氛圍,明顯性地抑制了Nox氧的生成,實(shí)現(xiàn)較低Nox排放濃度。風(fēng)粉流動(dòng)的特性對(duì)煤粉燃燒的影響風(fēng)粉逆向射流和直流進(jìn)入時(shí),煤粉在預(yù)燃室內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)燃低氮,且避免高溫腐蝕結(jié)渣現(xiàn)象,其差異為預(yù)燃室內(nèi)煤粉燃燒份額及預(yù)燃室外火焰行程。在煤粉預(yù)燃室內(nèi),逆向驅(qū)動(dòng)射流的旋轉(zhuǎn)煤粉燃燒停留時(shí)間長,與旋向射流內(nèi)二次煙和風(fēng)廢氣混合充分,形成射流環(huán)狀動(dòng)態(tài)還原性預(yù)燃?xì)夥罩車鷧^(qū)域,煤粉整體燃燒質(zhì)量份額相對(duì)較高同時(shí)也能抑制nox廢氣生成;直流的逆向煤粉燃燒停留時(shí)間短,與旋向射流內(nèi)二次煙和風(fēng)廢氣混合弱,形成射流中心環(huán)狀還原性預(yù)燃?xì)夥罩車鷧^(qū)域,抑制NOx廢氣生成的作用同時(shí)也使煤粉整體燃燒質(zhì)量份額相對(duì)較低。在預(yù)燃室外,逆向射流煤粉隨旋流內(nèi)二次風(fēng)前行,火焰明亮粗短發(fā)散,行程較短;直流煤粉隨高速射流前行,火焰細(xì)長亮度略低,行程大幅增加。擴(kuò)口的結(jié)構(gòu)對(duì)低NOx旋流煤粉燃燒器一、二次風(fēng)混合的特性影響在煤氣燃盡風(fēng)率設(shè)定為25%時(shí)的條件下,適當(dāng)可以增加一次機(jī)的風(fēng)整體擴(kuò)口設(shè)計(jì)長度,延遲二次機(jī)的風(fēng)與一次機(jī)的風(fēng)/煙與煤粉及其混合物進(jìn)行混合,對(duì)有效抑制機(jī)內(nèi)氮氧化物排放是有利的;為了有效保證煤氣燃燒器穩(wěn)燃隔熱性能,一次機(jī)的風(fēng)整體擴(kuò)口設(shè)計(jì)長度大小不宜不得超過外二次機(jī)的風(fēng)整體擴(kuò)口設(shè)計(jì)長度的50%;適當(dāng)可以縮短外二次機(jī)的風(fēng)整體擴(kuò)口設(shè)計(jì)長度,延遲二次機(jī)的風(fēng)與一次機(jī)的風(fēng)/煙與煤粉及其混合物進(jìn)行混合,對(duì)有效抑制機(jī)內(nèi)氮氧化物排放是有利的,外二次機(jī)的風(fēng)整體擴(kuò)口設(shè)計(jì)長度大小不宜不得超過機(jī)室內(nèi)二次風(fēng)整體擴(kuò)口設(shè)計(jì)長度的2倍。高速燃燒器內(nèi)燃燒的特性數(shù)值模擬及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化當(dāng)最大旋流葉片強(qiáng)度大于s=2.2、2.8、3.2及3.7時(shí),燃燒器內(nèi)最大回流葉片區(qū)域的形狀大小變化不大,從一次最大風(fēng)噴口改變開始到最大旋流驅(qū)動(dòng)葉片區(qū)的位置改變結(jié)束,回流葉片區(qū)周圍環(huán)繞一次最小風(fēng)管;最大風(fēng)的回流量在一次最大風(fēng)噴口附近,距離一次最大風(fēng)管的噴口越遠(yuǎn),回流量越小;最大旋流葉片強(qiáng)度對(duì)一次最大風(fēng)噴口附近最大風(fēng)的回流量大小影響不大。當(dāng)天熱帶氣旋和主流氣體活動(dòng)強(qiáng)度顯著大幅提高,噴口在氣旋流活動(dòng)中心區(qū)可燃性氣體燃料混合組分氣體煙氣活動(dòng)濃度顯著大幅降低,co燃料組分煙氣濃度從11%組分濃度顯著降低大幅減少并達(dá)到10%,h2濃度從1.65%組分濃度顯著降低大幅減少并達(dá)到1.40%,焦炭燃料組分煙氣濃度從0.14%組分濃度顯著降低大幅減少并達(dá)到0.11%,噴口邊緣O2濃度從13%組分濃度顯著降低大幅減少并達(dá)到10%。旋流快速燃燒流動(dòng)強(qiáng)度混合測(cè)量結(jié)果s=3.2和氮?dú)鉂舛葴y(cè)量s=3.7時(shí)可燃?xì)怏w燃料氮?dú)饨M分和可用氣體燃燒氧氣組分混合燃燒濃度根據(jù)旋流燃燒分布不同方向溫度變化較小,說明可燃?xì)怏w通過旋流快速燃燒流動(dòng)強(qiáng)度不斷穩(wěn)步提高對(duì)可用氣體快速燃燒的流動(dòng)彈性強(qiáng)度影響可能有所明顯減弱?？疾?、100和200℃下溫上二次性煤氣通風(fēng)促使燃燒器的溫度顯著提高對(duì)無氧煤粉二次燃燒的煤氣溫度變化影響,結(jié)果表明,當(dāng)溫下二次性煤氣通風(fēng)促使燃燒器的溫度顯著大幅提高,煤粉在整個(gè)煤氣燃燒器內(nèi)的與其二氧化碳反應(yīng)時(shí)間就可能會(huì)每年有所顯著程度降低,從0.15s逐漸緩慢降低至每年達(dá)到0.11s,但是殘留在整個(gè)燃燒器內(nèi)的部分無氧煤粉在其產(chǎn)生氧化碳和碳脫氧酶并轉(zhuǎn)化為氫酶時(shí)的效率仍然顯著提高20%,達(dá)到65%。EDM、PDF和FR/ED模型的煤粉燃燒的過程適應(yīng)性的研究從新的模擬試驗(yàn)結(jié)果與真實(shí)試驗(yàn)分析結(jié)果的數(shù)據(jù)對(duì)比分析來看,在處于氧化還原氣氛下,主要用于發(fā)生氧化煤粉的噴口燃燒氧化反應(yīng),edm真實(shí)模型和新的pdf模型在氧化溫度、co的氧含量上的差異預(yù)測(cè)較為準(zhǔn)確,與模擬試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)對(duì)比偏差較小,fr/ed虛擬模型數(shù)據(jù)偏差較大;在處于還原性氧化氣氛下,edm真實(shí)模型模擬的試驗(yàn)結(jié)果幾乎不適合生成氧化co和coh2,并不特別適合用于還原性氧化氣氛,pdf模型和新的fr/ed虛擬模型以具有較合理的氧化還原性和氣氛作為模擬試驗(yàn)結(jié)果,兩者的顯著差別主要在于沒有還原為惰性氣體的噴口生成反應(yīng)位置,pdf模型放在噴口生成位置上的co含氧濃度逐漸較高,出口含氧濃度逐漸偏低,fr/ed虛擬模型隨著氧化煤粉燃燒反應(yīng)氧化流程的不斷進(jìn)行,co含氧濃度逐漸明顯升高,出口含氧濃度更容易接近模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果。綜合應(yīng)用考慮,氧化混合氣氛下采用雙錐氣體燃燒器比較適合直接采用采用edmdr模型和采用pdf模型對(duì)其進(jìn)行綜合模擬,還原氧化氣氛下則也適合直接采用pdfr/eddr模型對(duì)其進(jìn)行綜合模擬。相關(guān)工作軟件介紹本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題利用Fluent軟件對(duì)煤粉在旋流煤粉燃燒器中的燃燒、流動(dòng)過程進(jìn)行數(shù)值模擬，探討不同工況下煤粉燃燒狀況。畢業(yè)設(shè)計(jì)旨在提高學(xué)生綜合運(yùn)用基礎(chǔ)理論知識(shí)的能力，培養(yǎng)其獨(dú)立分析實(shí)際問題、解決實(shí)際工程問題的能力。本課題可以促進(jìn)學(xué)生掌握流動(dòng)、傳熱與傳質(zhì)的基本理論，熟悉煤燃燒設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)與原理，培養(yǎng)其工程設(shè)計(jì)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)與理論分析的基本技能，鍛煉其計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析等基本能力。關(guān)于Ansys探究ANSYS軟件在流體動(dòng)力學(xué)分析中的功能與應(yīng)用。采用ANSYS19.0對(duì)流體動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行分析,通過網(wǎng)格劃分,從而得知流體在各個(gè)部位的流速及流動(dòng)方向。應(yīng)用ANSYS19.0建立mesh、fluent、results得出流體在裝置模型內(nèi)部的流速及走向。結(jié)論:成功分析流體動(dòng)力學(xué)模型,得出流體分析圖,對(duì)分析裝置的研究與改良具有很大意義。關(guān)于CFD隨著科學(xué)技術(shù)的不斷完善,CFD技術(shù)在流體機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用越來越廣泛,對(duì)于提升流體機(jī)械的性能有很大的幫助。CFD方法是流體力學(xué)中的重要組成部分,是數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物,作為一門具有強(qiáng)大生命力的邊緣學(xué)科,不管是在數(shù)學(xué)領(lǐng)域還是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域,CFD方法的重要性都是無可替代的。本文將針對(duì)CFD方法在流體機(jī)械設(shè)計(jì)中的運(yùn)用進(jìn)行分析。旋流煤粉燃燒器的簡介旋流煤粉燃燒器的特點(diǎn)隨著國內(nèi)大容量鍋爐機(jī)組四角切圓旋流燃燒鍋機(jī)爐膛煙氣出口小和煙溫波動(dòng)偏差大的技術(shù)難題日益暴露,旋流切圓燃燒鍋爐技術(shù)重新開發(fā)獲得行業(yè)人們的高度重視。在國外,如B&W公司和德國、日本、前蘇聯(lián)等等我國在許多新型大容量燃煤鍋爐上普遍采用的是旋流柴油燃燒器:在國內(nèi),旋流柴油燃燒器在目前我國火力電站燃煤鍋爐及其它用于燃燒油和煤粉的鍋爐設(shè)備中也仍然是占有一定的市場(chǎng)比例,并且未來會(huì)逐步發(fā)展得到較大發(fā)展。采用這種旋流方式燃燒器的燃煤鍋爐主要具備有以下幾個(gè)特點(diǎn):1、結(jié)渣及具有高溫及耐腐蝕性的特性,2、降低溫度Nox,3、旋流方式燃燒器沿前防火墻或前后防火墻均勻傾斜布置,因此沿不同爐膛出口寬度傾斜方向熱處理負(fù)荷均勻,4、爐膛的進(jìn)出口及鍋爐水平進(jìn)出煙道的方向煙溫溫度偏差很小。燃燒器的效率與特點(diǎn)穩(wěn)燃燃燒能力好。普通的室內(nèi)室外旋流石粉煤氣混合燃燒器由于一二次性的氧與室外風(fēng)力的直接混合比較強(qiáng)烈,導(dǎo)致室內(nèi)旋流煤粉與室外上層氣流強(qiáng)烈的相撞和混合,過快的溫升及由于沒有過量的氧和二氧的直接混合加入,使室內(nèi)旋流煤氣燃燒器的混合強(qiáng)度很高,最終就可能會(huì)約束導(dǎo)致密度大于Nox的大量旋流煤粉繼續(xù)生成,約束的密度范圍為1000~1200mg/l。旋流式式大型燃燒器旋流配風(fēng)控制可以是通過同時(shí)控制增加兩個(gè)大型燃燒器之間的旋流配風(fēng)傳動(dòng)距離和控制采用燃風(fēng)分級(jí)自動(dòng)控制系統(tǒng)配風(fēng)的兩種控制方法米降低Nox的燃燒廢氣總量排放。B&W公司公司開發(fā)的雙次單調(diào)雙旋風(fēng)采用軸向運(yùn)動(dòng)旋流風(fēng)力燃燒器系統(tǒng)可以通過自動(dòng)調(diào)節(jié)一個(gè)內(nèi)二次風(fēng)和外二次雙調(diào)風(fēng)的運(yùn)動(dòng)風(fēng)量和運(yùn)轉(zhuǎn)旋流方向來自動(dòng)調(diào)節(jié)一個(gè)內(nèi)-次雙調(diào)風(fēng)與二次雙調(diào)風(fēng)的軸向混合點(diǎn),使其所利用排放的Nox能量達(dá)到最小消耗值。我國自主開發(fā)的新型徑向煤氣濃淡煤粉旋流煤氣燃燒器,通過一種采用高濃縮比的徑向煤粉旋流濃縮器將一次地下風(fēng)中的多種煤粉成分進(jìn)行濃淡旋流分離,濃一次地下風(fēng)、淡一次地下風(fēng)及二次地下風(fēng)均由分級(jí)煤氣配合進(jìn)入,從而大大降低了Nox的煤粉生成。旋流煤粉燃燒器的結(jié)構(gòu)中心切向給粉旋轉(zhuǎn)和流轉(zhuǎn)式煤粉煤氣燃燒器內(nèi)二次機(jī)送風(fēng)兩個(gè)葉片分別采用16個(gè)中心軸向彎曲成型葉片,外二次機(jī)送風(fēng)兩個(gè)葉片分別采用12個(gè)中心切向彎曲葉片,去除了濃一一次的進(jìn)風(fēng)口、導(dǎo)流管循環(huán)和一個(gè)中心給粉打錐。燃燒器的提高裝置可使?fàn)t內(nèi)煤粉集中,但干燥時(shí)燃燒器的燃?xì)庵行牟⒉荒芮缃舆M(jìn)入爐內(nèi)。圖1為旋流煤粉燃燒器的簡圖。圖1旋流煤粉燃燒器的數(shù)值分析旋流煤粉燃燒器的模型建立計(jì)算機(jī)與流體力學(xué)是它是屬于流體力學(xué)、偏德流體分布式方程以及數(shù)值力學(xué)理論、數(shù)值物理分析和應(yīng)用計(jì)算機(jī)工程科學(xué)等多種學(xué)科領(lǐng)域的一門交叉學(xué)科,主要方向用于研究解決化學(xué)工程應(yīng)用中的化學(xué)流體和材料傳熱系統(tǒng)問題。由于這種數(shù)值分析模擬相對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)研究更具有工作成本低、周期短的兩大優(yōu)點(diǎn),可快速模擬出實(shí)際產(chǎn)品運(yùn)行管理過程中各種工作狀態(tài)的大量數(shù)據(jù),對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、改造等各種技術(shù)解決方案都具有重要的技術(shù)指導(dǎo)參考作用,因此基于cfd模擬技術(shù)已經(jīng)得到了越來越多的廣泛應(yīng)用。本文將簡要詳細(xì)介紹如何采用在flgambit中中建立的的模型,在fluent的模型方法可用來進(jìn)行模擬大型旋流煤氣燃燒器鍋爐中的可燃?xì)怏w高速流動(dòng)時(shí)的情況。對(duì)于這些數(shù)值環(huán)境模擬,最重要的一點(diǎn)就是這些邊界環(huán)境條件的正確設(shè)置,只有在這些邊界環(huán)境條件必須設(shè)置準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上我們才能對(duì)家用計(jì)算機(jī)邊城環(huán)境進(jìn)行正確的數(shù)值模擬,而對(duì)于排風(fēng)爐膛的邊界氣相變化模擬則其關(guān)鍵在于爐膛進(jìn)入排風(fēng)機(jī)出入口處的邊界環(huán)境條件的正確設(shè)置。旋流風(fēng)在燃燒器設(shè)計(jì)中二次旋流風(fēng)在兩個(gè)旋流燃燒葉片的帶動(dòng)作用下大都是以二次旋流燃燒方式直接進(jìn)入燃燒爐膛的,因此經(jīng)過二次旋流燃燒葉片的二次旋流風(fēng)在爐膛橫面和截面上的分布式很復(fù)雜的。對(duì)數(shù)值計(jì)算域公式進(jìn)行了一次簡化,即從一次氣流經(jīng)過一次旋流燃燒葉片的外部開始段打口到二次旋流風(fēng)道的內(nèi)部打口。gambit只僅僅適用于繪圖創(chuàng)建簡單的:三維體或幾何體,對(duì)于復(fù)雜的圖形體而言,其他的繪圖文件功能僅僅是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,這時(shí)gambit軟件允許我們可以引入一些其他軟件可以創(chuàng)建的繪圖文件,常用的文件有圖oautocad軟件創(chuàng)建的圖cacis各種形式的繪圖文件.SAT。cad中文件需要同時(shí)創(chuàng)建的一個(gè)值在圖形文件中需要同時(shí)要求圖形輸出輸入文件命名為在新的c.sat文件中的圖形文件,要同時(shí)必須滿足一定的圖形輸出輸入條件。對(duì)于二維維的幾何圖形來說,它必須首先要求的域是一個(gè)所有點(diǎn)rregion,也就是說它它必須要求的域必須是-一個(gè)所有點(diǎn)的二維聯(lián)通域。對(duì)于三維抽象代數(shù)中的圖形而言,要求其中的乘積必須是一個(gè)非正整數(shù)例如acisbody。因此,由于傳統(tǒng)使用gambit的實(shí)體圖形劃分繪圖軟件劃分實(shí)體功能的使用成本受到限制,先在一個(gè)新的cad文件中將一個(gè)張先生創(chuàng)造的建成16個(gè)圖形帶有一條軸向?qū)乔€圖形葉片的實(shí)體圖形劃分實(shí)體,然后將其全部倒入后即可得到一個(gè)新的gambit.在gambit中選擇一個(gè)新的fleimportacis,輸入一個(gè)圖形實(shí)體文件名,單擊下面的gacept后再寫入這個(gè)按鈕,即可將已在一個(gè)cad中重新寫入創(chuàng)建的一個(gè)實(shí)體圖形文件名再讀入一個(gè)新的gambit.然后我們即可開始進(jìn)行整個(gè)圖形文件網(wǎng)格化的圖形劃分。計(jì)算對(duì)象和網(wǎng)格的生成計(jì)算域?yàn)閱蝹€(gè)旋流煤粉燃燒器附近的區(qū)域，大致為兩個(gè)燃燒器之間的水冷壁和爐膛。根據(jù)旋流煤粉燃燒器出口附近的流場(chǎng)特性，采用二維軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)模擬該區(qū)域。在計(jì)算區(qū)域的出口采用了傾斜一定角度的斜面以避免由于回流產(chǎn)生的壓力計(jì)算不準(zhǔn)確。

由于要計(jì)算旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，為了得到較好的收斂結(jié)果，對(duì)燃燒器喉部壁面附近、水冷壁附近進(jìn)行了網(wǎng)格細(xì)分。網(wǎng)格如圖2所示。圖2Fluent相關(guān)參數(shù)設(shè)置按圖中所示，設(shè)置各個(gè)參數(shù)，如圖3-6圖3圖4圖5圖6Fluent熱態(tài)模擬設(shè)置好各個(gè)參數(shù)后，在Initialization節(jié)點(diǎn)中，選擇混合初始化，然后進(jìn)行初始化，然后選擇Run

Calculation模型樹節(jié)點(diǎn)，右側(cè)面板設(shè)置迭代步數(shù)為1000，點(diǎn)擊Calculate

開始計(jì)算。經(jīng)過400次迭代運(yùn)行，最后達(dá)到收斂狀態(tài)，如圖7圖7點(diǎn)擊Contours，查看云圖、離散相軌跡圖和速度矢量圖，如圖8-12圖8溫度分布云圖圖9氧氣分布云圖圖10一氧化碳分布云圖圖11離散相軌跡圖12速度矢量圖Fluent熱態(tài)模擬后各因素的影響規(guī)律相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)顯示，性能穩(wěn)定燃燒器，應(yīng)具備生成良好的空氣動(dòng)力場(chǎng)、使燃料能夠及時(shí)的燃燒、與空氣適時(shí)的混合、確保燃燒具有穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性特點(diǎn)，并且具備較好燃料適應(yīng)性、良好調(diào)節(jié)性能及較大調(diào)節(jié)范圍，可靠的運(yùn)行，耐磨損等優(yōu)勢(shì)，由此可以理解為，加強(qiáng)燃燒器設(shè)計(jì)及運(yùn)行工作力度，顯得特別重要。本文根據(jù)旋流煤粉燃燒器的實(shí)際結(jié)構(gòu)，建立物理模型及數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用FLUENT軟件，基于RNG

k-ε湍流方程，結(jié)合有限體積法對(duì)控制方程進(jìn)行離散，在依次改變一次風(fēng)溫（風(fēng)溫為400k、450k、550k、600k四種工況）以及二次風(fēng)溫（風(fēng)溫為700k、750k、850k、900k四種工況）以及煤粉粒度（煤粉粒度為1e-06m、5e-06m、7e-06m、9e-06m四種工況）三種不同影響因素下，對(duì)旋流煤粉燃燒器燃燒室進(jìn)行仿真模擬，為電站燃燒器優(yōu)化設(shè)計(jì)及日常運(yùn)行調(diào)整工作提供相應(yīng)參考依據(jù)。改變參數(shù)一次風(fēng)溫，模擬后處理，總結(jié)影響規(guī)律一次風(fēng)溫為400k將一次風(fēng)溫設(shè)置為400k，其他參數(shù)不變，經(jīng)過200次迭代運(yùn)行，最后達(dá)到收斂狀態(tài)，點(diǎn)擊Contours，查看云圖，如圖13-17圖13氧氣分布云圖圖14一氧化碳分布云圖圖15溫度分布云圖圖16離散相軌跡圖17速度矢量圖一次風(fēng)溫為450k將一次風(fēng)溫設(shè)置為450k，其他參數(shù)不變，經(jīng)過200次迭代運(yùn)行，最后達(dá)到收斂狀態(tài)，點(diǎn)擊Contours，查看云圖，如圖18-22圖18氧氣分布云圖圖19一氧化碳分布云圖圖20溫度分布云圖圖21離散相軌跡圖22速度矢量圖一次風(fēng)溫為550k將一次風(fēng)溫設(shè)置為550k，其他參數(shù)不變，經(jīng)過200次迭代運(yùn)行，最后達(dá)到收斂狀態(tài)，點(diǎn)擊Contours，查看云圖，如圖23-27圖23氧氣分布云圖圖24一氧化碳分布云圖圖25溫度分布云圖圖26離散相軌跡圖27速度矢量圖一次風(fēng)溫為600k將一次風(fēng)溫設(shè)置為600k，其他參數(shù)不變，經(jīng)過200次迭代運(yùn)行，最后達(dá)到收斂狀態(tài)，點(diǎn)擊Contours，查看云圖，如圖28-32圖28氧氣分布云圖圖29一氧化碳分布云圖圖30溫度分布云圖圖31離散相軌跡圖32速度矢量圖一次風(fēng)溫對(duì)鍋爐燃燒的影響一次性的小旋風(fēng)亦常會(huì)有一個(gè)俗稱"一次空氣"。攜帶著所有燃燒炭和煤粉一起或連同直接穿過整個(gè)煤氣預(yù)熱爐排上的所有燃燒炭和煤層一起直接進(jìn)入整個(gè)煤氣廠的爐膛,數(shù)量大體上已經(jīng)完全能充分足夠滿足對(duì)于攜帶燃燒煤粉中必須含有大量揮發(fā)和活性高分子的要求燃燒或燒成塊狀的燃燒煤在連同穿過煤氣爐排上燃燒煤層時(shí)能完成經(jīng)過煤氣預(yù)熱、燃燒和通過煤氣預(yù)熱燃盡三個(gè)個(gè)不同階段所需要產(chǎn)生所能需要的大量新鮮空氣。是將含有一定量度的空氣作為燃料及其氣體燃燒時(shí)總共所能要需的各種必需氧和能量所附加給的實(shí)際燃料使用中的空氣量或是燃料系統(tǒng)中的最主要成分組成的一部分。一次性的風(fēng)溫對(duì)整個(gè)煤粉筒和氣流的是否著火、燃燒時(shí)的速度等等影響較大。提高一次性的風(fēng)溫,可大幅降低著火熱,使產(chǎn)生著火熱的位置明顯提前。運(yùn)行中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,提高一次燃燒風(fēng)溫還可以能在低溫度負(fù)荷時(shí)達(dá)到穩(wěn)定停止燃燒。有的專家試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)燃燒煤粉可燃?xì)饬鞯闹鸪鯗貜?0℃左右提高一度到300℃時(shí),著火熱可能會(huì)降低60%左右。提高一次性的風(fēng)氣和水流的流動(dòng)溫度,這對(duì)防止煤粉爐的著火十分有利。因此,提高可燃熱風(fēng)機(jī)的溫度控制是為了提高可燃煤粉爐的著火反應(yīng)速度和提高著火環(huán)境穩(wěn)定性的一種必要措施之一。根據(jù)煤質(zhì)揮發(fā)分含量的大小,一次風(fēng)溫既應(yīng)滿足使煤粉盡快著火,穩(wěn)定燃燒的要求,又廣泛應(yīng)用于保證我國煤粉煤氣輸送系統(tǒng)正常工作的穩(wěn)定安全性。一次是當(dāng)風(fēng)溫已經(jīng)超過40度煤粉燃料輸送的安全溫度規(guī)定時(shí),就很有可能導(dǎo)致發(fā)生爆炸或煤粉自燃。當(dāng)然,一次風(fēng)溫太低對(duì)鍋爐運(yùn)行也不利,除了推遲著火,燃燒不穩(wěn)定和過熱燃燒鍋爐效率明顯降低之外,還可能會(huì)直接導(dǎo)致燃燒爐膛燃?xì)獬隹谔幍臒煖販囟壬?引起鍋爐過熱器溫度超溫或鍋爐汽溫溫度升高。改變參數(shù)二次風(fēng)溫，模擬后處理，總結(jié)影響規(guī)律二次風(fēng)溫為700k將二次風(fēng)溫設(shè)置為700k，其他參數(shù)不變，經(jīng)過200次迭代運(yùn)行，最后達(dá)到收斂狀態(tài)，點(diǎn)擊Contours，查看云圖，如圖33-37圖33氧氣分布云圖圖34一氧化碳分布云圖圖35溫度分布云圖圖36離散相軌跡圖37速度矢量圖二次風(fēng)溫為750k將二次風(fēng)溫設(shè)置為750k，其他參數(shù)不變，經(jīng)過200次迭代運(yùn)行，最后達(dá)到收斂狀態(tài)，點(diǎn)擊Contours，查看云圖，如圖38-42圖38氧氣分布云圖圖39一氧化碳分布云圖圖40溫度分布云圖圖41離散相軌跡圖42速度矢量圖二次風(fēng)溫為850k將二次風(fēng)溫設(shè)置為850k，其他參數(shù)不變，經(jīng)過200次迭代運(yùn)行，最后達(dá)到收斂狀態(tài)，點(diǎn)擊Contours，查看云圖，如圖43-47圖43氧氣分布云圖圖44一氧化碳分布云圖圖45溫度分布云圖圖46離散相軌跡圖47速度矢量圖二次風(fēng)溫為900k將二次風(fēng)溫設(shè)置為900k，其他參數(shù)不變，經(jīng)過200次迭代運(yùn)行，最后達(dá)到收斂狀態(tài)，點(diǎn)擊Contours，查看云圖，如圖48-52圖48氧氣分布云圖圖49一氧化碳分布云圖圖50溫度分布云圖圖51離散相軌跡圖52速度矢量圖二次風(fēng)溫對(duì)鍋爐燃燒的影響燃燒空氣二次式的風(fēng)作用可以同時(shí)提供一部分爐內(nèi)氧氣,幫助鍋爐燃燒,與一般混合爐拱的風(fēng)相比,二次式的風(fēng)不僅布置靈活,方便,而且它的爐膛內(nèi)部結(jié)構(gòu)也不會(huì)因之變得復(fù)雜化,但二次式的風(fēng)卻需要同時(shí)消耗一定的空氣能量,二次式的風(fēng)與爐拱配合作用相似,但各自都有不同使用的點(diǎn)和側(cè)重點(diǎn)方面,一般使用情況下只能配合爐拱使用。二次風(fēng)溫從燃燒角度看,二次風(fēng)溫愈高,愈能強(qiáng)化燃燒,并能在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)增強(qiáng)著火的穩(wěn)定性。但是二次風(fēng)溫的提高受到空氣預(yù)熱器傳熱面積的限制,傳熱面積愈大,金屬耗量就愈多,不但增加投資,而且將使預(yù)熱器結(jié)構(gòu)龐大,不便布置。改變參數(shù)煤粉粒度，模擬后處理，總結(jié)影響規(guī)律煤粉粒度為1e-06m將煤粉粒度設(shè)置為1e-06m，其他參數(shù)不變，經(jīng)過200次迭代運(yùn)行，最后達(dá)到收斂狀態(tài)，點(diǎn)擊Contours，查看云圖，如圖53-57圖53氧氣分布云圖圖54一氧化碳分布云圖圖55溫度分布云圖圖56離散相軌跡圖57速度矢量圖煤粉粒度為5e-06m將煤粉粒度設(shè)置為5e-06m，其他參數(shù)不變，經(jīng)過200次迭代運(yùn)行，最后達(dá)到收斂狀態(tài)，點(diǎn)擊Contours，查看云圖，如圖58-62圖58氧氣分布云圖圖59一氧化碳分布云圖圖60溫度分布云圖圖61離散相軌跡圖62速度矢量圖煤粉粒度為7e-06m將煤粉粒度設(shè)置為7e-06m，其他參數(shù)不變，經(jīng)過200次迭代運(yùn)行，最后達(dá)到收斂狀態(tài)，點(diǎn)擊Contours，查看云圖，如圖63-67圖63氧氣分布云圖圖64一氧化碳分布云圖圖65溫度分布云圖圖66離散相軌跡圖67速度矢量圖煤粉粒度為9e-06m將煤粉粒度設(shè)置為9e-06m，其他參數(shù)不變，經(jīng)過200次迭代運(yùn)行，最后達(dá)到收斂狀態(tài)，點(diǎn)擊Contours，查看云圖，如圖68-72圖68氧氣分布云圖圖69一氧化碳分布云圖圖70溫度分布云圖圖71離散相軌跡圖72速度矢量圖煤粉粒度對(duì)鍋爐燃燒的影響隨著燃燒煤粉粒度的減小,著火燃燒溫度和煤粉燃盡燃燒溫度均明顯降低,燃燒持續(xù)時(shí)間明顯縮短,燃燒溫度速率特性峰值明顯增加,煤粉可燃溫度指數(shù)和煤氣綜合煤粉燃燒速率特性測(cè)定指數(shù)明顯提高。減小家用煤粉粒度大小可以有效率地改善家用煤粉受熱燃燒時(shí)的性能。粒度對(duì)于爐內(nèi)的換熱氣相輻射溫度波動(dòng)分布穩(wěn)定有重要作用影響,大粒度鍋爐條件下,由于鍋爐著火延遲火焰中心爐的位置稍向上移,爐內(nèi)最高的熱溢度相對(duì)較高,不利于爐內(nèi)的氣相輻射熱和換熱。粒度越小,爐內(nèi)氧化反應(yīng)越劇烈,水冷壁鍋爐吸收的熱量越多,爐膛加熱出口爐內(nèi)煙氣氧化溫度和鍋爐出口煙氣氧化物濃度越低。隨著粒度的不斷增加,爐膛進(jìn)氣出口處的煙溫也會(huì)呈呈直線形方向增加。粒度的減小大大增加了碳顆粒在爐內(nèi)的連續(xù)停留時(shí)間,因此大大減少鍋爐飛灰中的含碳量,提高了飛灰燃燒爐的效率。因此,僅僅從繼續(xù)燃燒和燃盡爐膛火焰輻射燃燒換熱的兩個(gè)角度出發(fā)來進(jìn)行分析,粒度的大大減少對(duì)于鍋爐煤粉的繼續(xù)燃燒、燃盡和爐膛輻射燃燒換熱都可能是有利的,但是可能會(huì)直接導(dǎo)致燃燒火焰鍋爐中心燃點(diǎn)位置的大大下移,可能不僅有利于鍋爐水冷壁的供熱水流和動(dòng)力熱液循環(huán),影響加熱鍋爐正常運(yùn)行的安全,同時(shí)粒度的減小是以大大增加鍋爐制粉系統(tǒng)的電氣功耗負(fù)擔(dān)為主要代價(jià)的,因此在實(shí)際鍋爐運(yùn)行中對(duì)所采用的鍋爐煤粉粒子厚度過大或者粒度過小都可能是不利的,要通過綜合多種環(huán)境因素作用來綜合分析其使用經(jīng)濟(jì)性,合理設(shè)計(jì)選擇最佳采用煤粉粒度。結(jié)論本篇文章應(yīng)用FLUENT19.0流體計(jì)算軟件對(duì)旋流煤粉燃燒器進(jìn)行數(shù)值模擬分析。在對(duì)旋流煤粉燃燒器的模擬結(jié)果分析中，主要分析了一次風(fēng)溫、二次風(fēng)溫和煤粉粒度對(duì)燃燒的影響。主要結(jié)論如下：對(duì)旋流煤粉燃燒器的數(shù)值分析：①一次性的風(fēng)溫對(duì)爐內(nèi)煤粉流和氣流的流動(dòng)著火、燃燒運(yùn)動(dòng)速度等的影響較大。提高一次性的風(fēng)溫,可大幅降低著火熱,使產(chǎn)生著火熱的位置明顯提前。運(yùn)行中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,提高一次燃燒風(fēng)溫還可以能在低溫度負(fù)荷時(shí)達(dá)到穩(wěn)定停止燃燒。有的專家試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)燃燒煤粉可燃?xì)饬鞯闹鸪鯗貜?0℃左右提高一度到300℃時(shí),著火熱可能會(huì)降低60%左右。提高一次性的風(fēng)氣和水流的流動(dòng)溫度,這對(duì)防止煤粉爐的著火十分有利。因此,提高可燃熱風(fēng)機(jī)的溫度控制是為了提高可燃煤粉爐的著火反應(yīng)速度和提高著火環(huán)境穩(wěn)定性的一種必要措施之一。②二次風(fēng)溫從燃燒角度看，二次風(fēng)溫愈高，愈能強(qiáng)化燃燒，并能在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)增強(qiáng)著火的