Page 81 - 电力与能源2022年第五期

邓海涛, 等: 600 MW 锅炉旋流燃烧器超低负荷稳燃数值模拟 4 3
4
式下的两相流分布形式, 根据燃烧器设计理论, 提 k 2
μ t =ρ C μ ( 2 )
出了缩小煤粉浓缩器尺寸, 使分离后的浓相煤粉 ε
气流更靠近一次风中心部分, 从而提高燃烧器出 式中 t ———湍 流 黏 性; k ———湍 动 能; ε ———湍 动
口煤粉浓度的优化措施。本文将此优化措施进行 能耗散率。
湍动能k 和湍动能耗散率 ε 可通过求解其控
数值模拟。计算用边界条件见表 3 和表 4 。燃烧
制方程获得:
器计算模型及截面位置示意如图 1 所示。
表 3 燃烧器边界条件( 100% 负荷) ∂ ( k ) + ∂ ( ku i = ∂ [ æ ç μ+ μ k ö ∂k ] +
)
÷
∂t ρ ∂x i ρ ∂x j è σ k ø∂x j
参数 一次风 中心风 内二次风 外二次风
( 3 )
风量 /( k g · s ) 7.89 0.54 3.08 7.20 G k +G b - ρ ε-YM +S k
-1
k-ε 模型把湍流黏性与湍流动能k 和湍动能
风温 / ℃ 65 390 390 390
备注 一次风量包含煤粉水分, 单台磨 5 根粉管
耗散率 ε 相联系, 是最具代表性的, 同时也是工程
表 4 煤质数据 中应用最为广泛的湍流模型。模型中的经验参数
项目 数值
( C , C 1 等) 中采用 Fluent中默认的模型参数。
收到基全水分 / % 29.60
3.2 辐射模型
空气干燥基水分 / % 14.80
模拟中采用 DiscreteOrdinates ( DO ) 模型计
干燥无灰基挥发分 / % 47.97
收到基灰分 / % 15.99 算锅炉炉膛内的辐射换热。 DO 模型求解的是有
-1
收到基低位发热量 /( kJ · k g ) 14510
限个离散立体角下辐射传播方程:
收到基碳 / % 40.25
→
→
dI ( r , s )
收到基氢 / % 3.28 + a+ σ s Ir , s ) =
→
→
)(
(
ds
收到基氧 / % 9.74
收到基氮 / % 0.71 2σT 4 σ s 4π
→
→
→
→
an + I ( r , s' ) Φ ( s· s' ) dΩ' ( 4 )
收到基硫 / % 0.43 π 4π ∫
0
-1
单只煤量 /( k g · s ) 3.57
式中 I ———辐射强度; r ———位置矢量; s ———方
→
→
向矢量。
DO 模型是 Fluent软件中最为复杂的辐射模
型, 从小尺度到大尺度辐射计算都适用, 并且可计
算非 - 灰 度 辐 射 和 散 射 效 应, 但 需 要 较 大 的 计
算量。
图 1 燃烧器计算模型及截面位置示意图
3.3 气相反应模型
3 计算方法 模拟 中 采 用 涡 耗 散 模 型 ( Edd y -Dissi p ation
Model , 简称 EDM ) 计算锅炉内气相燃烧反应的
以 计 算 流 体 动 力 学 ( Com p utationalFluid
化学反应速率:
D y namics , 简称 CFD ) 为计算依据, 采用湍流流动
ε æ Y R ö
模型、 颗粒相输运模型、 气相反应模型、 辐射换热 R i , r =v' ,M w , i A ρ min ç ÷
ir
k R v' R , r M w , R ø
è
模型, 模拟锅炉炉内详细的湍流流动和煤燃烧、 传
ε ∑P Y P
热过程。 R i , r =v' ,M w , i AB ρ N ( 5 )
ir
k
jr
3.1 湍流模型 ∑ j v″ ,M w , j
其中, R i , r 为组分 i 通过反应r 的净生成率,
模拟中采用 k-ε 模型模拟锅炉的湍流流动。
通过式( 5 ) 两个公式计算获得的较小值来确定;
k-ε 模型对雷诺平均 Navier-Stokes方程( RANS )
Y R Y P 分别为反应物和燃烧产物的质量分数, A
,
中的雷诺应力项 u'u'采用如下方法进行封闭:
ρ i j
和B 为模型常数。涡耗散模型假设气相燃烧反
∂ ∂ ∂ μ t ∂ε
)
μ+
ρ +
( ε ) ( εu i = [ ( ) ] + 应速率较快, 因此反应速率实际上由燃料及氧化
ρ
∂t ∂ x i ∂ x j σ ε ∂x j
剂的扩散速度所决定。模型中反应速率取决于湍
ε ε 2
)
C 1ε ( G k +C 3ε G b -G 2ε ρ +S ε - ρ u'u' 流脉动衰变速率, 并且能自动选择成分控制速率,
i j
k k
因此该模型不仅能用于非预混火焰, 也能用于预
æ ∂u i ∂u j ö 2 æ ∂u k ö
= ç + ÷ - ç ρ k+ μ t ÷ δ i j ( 1 )
è ∂x j ∂x i ø 3 è ∂x k ø 混火焰。涡耗散模型的模型常数 B 用于预混火