1、燃煤循環(huán)流化床鍋爐由于燃料適應(yīng)性好、燃燒效率高和污染物排放少等優(yōu)勢(shì),在世界范圍內(nèi)得到了迅速的發(fā)展。由于循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)存在由復(fù)雜氣固兩相流動(dòng)、傳熱傳質(zhì)過程和化學(xué)反應(yīng)等機(jī)理相互耦合、共同作用的過程,數(shù)值模擬比較困難。以顆粒動(dòng)理學(xué)為基礎(chǔ)的雙流體模型已較為廣泛的應(yīng)用于循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)顆粒流態(tài)化和燃燒反應(yīng)過程的數(shù)值模擬研究中。目前對(duì)循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)氣體-顆粒流動(dòng)和煤燃燒的數(shù)值模擬研究主要采用基于單組分顆粒假設(shè)的雙流體模型,簡(jiǎn)化了床料顆粒分布的多

2、組分特性,忽略了煤和焦炭顆粒在燃燒過程中顆粒破碎過程。然而實(shí)際床料顆粒的粒徑和密度等物性存在明顯的差異,對(duì)爐內(nèi)氣固兩相流動(dòng)和煤燃燒過程都會(huì)產(chǎn)生影響。因此有必要發(fā)展一種基于多組分顆粒假設(shè)的的數(shù)學(xué)模型,應(yīng)用于循環(huán)流化床內(nèi)稠密顆粒流動(dòng)以及燃燒過程的模擬研究?；谇叭藢?duì)床料顆粒特性的分類研究,本文將循環(huán)流化床內(nèi)顆粒物料簡(jiǎn)化為雙顆粒相(粗、細(xì)顆粒相)進(jìn)行研究,建立了基于雙組份顆粒的數(shù)學(xué)模型。
　　基于循環(huán)流化床內(nèi)物料的雙組份顆粒假設(shè),給出氣

3、體-雙組份顆粒流動(dòng)過程的控制方程和顆粒動(dòng)理學(xué)的控制方程和模型公式。粗顆粒相中包含四種成分:煤、粗顆粒焦炭、CaCO3和粗顆粒灰,細(xì)顆粒相中包含四種成分:細(xì)顆粒焦炭、CaO、CaSO4和細(xì)顆?；?。煤燃燒過程中存在原煤的干燥熱解、焦炭顆粒燃燒、揮發(fā)分氣體燃燒等過程,分別采用相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)模型來描述。熱解反應(yīng)中考慮煤燃燒產(chǎn)生顆粒一次破碎,在焦炭的燃燒反應(yīng)中考慮焦炭燃燒產(chǎn)生的顆粒二次破碎。應(yīng)用多相流相間傳熱模型和輻射模型描述循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)多相

4、傳熱過程。另外,對(duì)于煤燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生的污染物氣體(NOx和SO2),采用相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)模型描述主要反應(yīng)過程。
　　應(yīng)用雙組分顆粒流動(dòng)和煤燃燒模型分別針對(duì)兩個(gè)不同循環(huán)流化床實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)氣固兩相流動(dòng)特性和煤燃燒過程進(jìn)行數(shù)值模擬,對(duì)所建立模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證。對(duì)Zhou等人的實(shí)驗(yàn)裝置的計(jì)算結(jié)果得到的出口氣體組分和溫度分布與文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好。流動(dòng)數(shù)值模擬獲得了反應(yīng)器內(nèi)粗細(xì)顆粒的濃度和速度分布情況,并對(duì)影響不同顆粒分離和混合的顆粒物

5、性因素進(jìn)行了分析。在流動(dòng)的基礎(chǔ)上對(duì)煤燃燒進(jìn)行模擬,獲得了反應(yīng)器內(nèi)的氣相組分分布、主要反應(yīng)速率分布以及溫度分布規(guī)律。在燃燒反應(yīng)基礎(chǔ)上中加入NOx和SO2反應(yīng)模型計(jì)算,獲得了反應(yīng)器內(nèi)的NOx和SO2組分分布和相關(guān)反應(yīng)速率分布。對(duì)Adanez等人實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了爐內(nèi)雙組份顆粒的流動(dòng)和燃燒過程的模擬研究,計(jì)算結(jié)果獲得的碳燃燒效率與實(shí)驗(yàn)值吻合較好,分析了爐內(nèi)粗細(xì)顆粒相中焦炭的分布規(guī)律和燃燒反應(yīng)速率。在流動(dòng)和燃燒反應(yīng)基礎(chǔ)上,加入SO2反應(yīng)模型,研究了

6、反應(yīng)器內(nèi)SO2組分分布和反應(yīng)速率,分析了不同的鈣硫摩爾比和過量空氣系數(shù)對(duì)于反應(yīng)器內(nèi)SO2釋放的影響。
　　最后,采用雙組分顆粒流動(dòng)和煤燃燒模型對(duì)116MW循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)氣固兩相流動(dòng)和煤燃燒過程進(jìn)行數(shù)值模擬,研究實(shí)際鍋爐爐膛內(nèi)氣固兩相流動(dòng)和煤燃燒過程。首先對(duì)116MW循環(huán)流化床爐膛內(nèi)進(jìn)行氣固兩相流動(dòng)計(jì)算,得到了在爐膛不同截面粗細(xì)顆粒的顆粒濃度和速度分布,分析了爐膛內(nèi)的氣固兩相流的流動(dòng)特性和不同顆粒的分離特性。在流動(dòng)穩(wěn)定基礎(chǔ)上增