循环流化床锅炉炉内气固两相流动和燃烧的数学模型

王林陈莹赵青

辽宁省安全科学研究院辽宁沈阳110004

摘要：循环流化床锅炉主要由布风板、炉膛燃烧室、分离器等组成，燃料从底部绞笼送入锅炉，通过布风板的流化风将颗粒燃料在炉膛内扬析，使颗粒燃料与空气中的氧气充分混合强化燃烧。本文主要通过对循环流化床锅炉炉内两相颗粒的流动和燃烧特性分析，给出炉内多组分流动燃烧的数学模型。

关键词：循环流化床；多组分颗粒流动；流动与燃烧；数值模拟。

0.前言

能源和环境是目前我国面临的两大重要问题，从我国的能源结构可知煤仍将在能源消耗中占有很大的比例，但煤在燃烧过程中将释放出大量的污染物，如：颗粒物、氮氧化物、二氧化硫等。未响应习总书记在十九大报告中提出的?加快生态文明体制改革，建设美丽中国?，今年来由环保部门提出的煤改气、煤改电等工程，利用天然气、电等高品位能源来替代燃煤，但在实施过程中暴露了诸多的问题，如今年冬天西安等地区出现了大面积的?天然气荒?、电价过高导致用能企业入不敷出。

循环流化床技术是近??年来发展起来的清洁煤燃烧技术，也是目前商业化程度最好的洁净煤燃烧技术之一，发展迅猛。流化床燃烧具有煤种适应性广、燃烧调节宽、低烟气排放等特点。采用石灰石脱硫剂，流化床燃烧可以高的脱硫效率。同时流化床内燃烧温度控制在?????????之间，采用低温燃烧使得???量会明显下降。流化床的燃料（包括煤、垃圾等）适应性很强。由于流化床内有足够量的床料，燃烧时床料能够迅速与燃料混合均匀，具有良好的着火性能，使得流化床可以燃烧低挥发分的无烟煤和高水分污泥垃圾等废弃物等。国内外的学者对其做了大量的研究，等提出定态重构等理论有效解决了原有循环流化床锅炉厂用电率高、炉膛磨损严重、燃烧效率偏低等问题???，张瑞卿等利用计算颗粒流体力学（????）商业软件????????????对工业循环流化床锅炉中的气固流动和燃烧过程进行了数值模拟，通过模拟得到了炉膛从启动到稳定运行的动态变化过程，验证了利用??????手段预测循环流化床中气固流动和燃烧过程的潜力和可行性???。骆仲泱等介绍了国外循环流化床锅炉技术的发展现状，重点讨论了近年来国内循环流化床锅炉技术的研究进展，分析指出了循环流化床锅炉技术的发展趋势?循环流化床锅炉未来将朝着大型化超临界、深度脱硫与脱硝、能源综合利用等方向发展。陆慧林通过对稠密颗粒流体两相流动特性进行分析给出了循环流化床锅炉炉内颗粒作用的动量和能量传递和耗散的模型???。

本论文是对循环流化床锅炉炉内颗粒流动特性的机理性研究，给出气相及颗粒相连续性、能量及动量方程，考虑颗粒间相互作用力，并给出颗粒相在高温下燃烧后颗粒间的组分输运方程。

1流化床气体多组分颗粒两相流动模型

流化床内颗粒由不同直径的颗粒所组成。细颗粒进入燃烧室后被气体带出炉膛。较大直径的颗粒作为床料，取为粗颗粒和中颗粒，其中粗颗粒停留在床内，成为流化床燃烧室床料，中颗粒被流化气体所携带出，最终被气体带出炉膛。由此可见，固相由三种不同直径的颗粒组分所构成，形成多组分颗粒体系。气体与多组分颗粒的质量守恒方程表示如下（颗粒组分?????，气相）

反应方程式如下：

3结论

本文建立了不同循环流化床锅炉炉内气?固两相流动及燃烧的数学模型，讨论了炉内不同粒度的颗粒间的作用力，给出了煤粉在炉内燃烧的反应模型，对模拟循环流化床锅炉炉内流动、燃烧特性给出了理论指导。

参考文献

[1]岳光溪，循环流化床燃煤技术在我国的发展与前景，电力设备，2008,9(5)；

[2]张瑞卿，杨海瑞，吕俊复，应用于循环流化床锅炉气固流动和燃烧的CPFD数值模拟，中国电机工程学报，2013,(23)；

[3]骆仲泱，何宏舟，王勤辉，岑可法，循环流化床锅炉技术的现状及发展前景，动力工程，2004,24(6)；

[4]陆慧林，稠密颗粒流体两相流的颗粒动理学，科学出版社，2017