基于CPFD方法的循环流化床锅炉富氧掺烧生物质数值模拟

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“富煤、贫油、少气”的能源结构决定了我国是煤炭消费大国,而我国消耗的煤炭大部分用来发电,带来的结果就是我国CO2排放量巨大。碳捕集与封存(CCS)技术是应对减排挑战的可行方法,其中的富氧燃烧被认为是最有前途的方法。生物质是世界第四大能源,且是清洁能源,在我国有着广大的分布。CCS技术与生物质相结合是解决CO2过度排放的方案之一。循环流化床锅炉富氧燃烧(CFBC)技术是一种很有前途的碳捕集与封存技术。本文以一台0.15MW循环流化床锅炉试验台主体炉膛部分为研究对象,利用Barracuda软件进行数值模拟。分析了一次风送风方式、富氧气氛、生物质掺烧比和压强对炉内燃烧的影响,主要包括速度场、温度场、烟气组分、污染性气体组分、炉膛传热效率和焦炭燃烧化学反应速率等结果表明,一次风以Injection Boundary Conditions送入炉膛能够准确模拟风帽将颗粒流化的状态,模拟结果与实验结果吻合较好。富氧气氛下会降低炉内风速和温度,氮氧化物和硫氧化物的排放会有所升高。富氧气氛会提高炉膛密相区传热效率,降低稀相区传热效率,促进焦炭燃烧。富氧气氛下,生物质掺烧比为15%时为最佳掺烧比,在此掺烧比时,可有效提高炉膛底部温度,降低CO2、CO、N2O、NO和SO2的排放,并且可改善炉内传热和焦炭燃烧速率。其次对生物质与煤的掺烧比为15%时不同压力条件下对炉内燃烧特性进行了计算分析,高压富氧条件将炉膛内温度升高,速度降低。随着压力升高,NO质量分数降低,N2O和SO2质量分数增大。高压条件会提高颗粒反应区域传热效率,降低稀相区传热效率。炉内反应稳定后焦炭与氧气化学反应速率会随着压力升高而降低,焦炭与二氧化碳化学反应速率随着压力升高而增大。
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