生物质直燃过程中碱金属析出与沉积的数值模拟研究

• 作 者: 王舫
• 机 构: 华北电力大学
• 出 处: 华北电力大学(北京) 华北电力大学
• 发表日期: 2014年期
• 关键词: 生物质直燃炉 碱金属 析出 沉积 数值模拟

作为一种可再生的环境友好型能源,生物质及其利用技术在世界范围引起了广泛关注。炉排炉直燃技术因其可以燃烧不同水分含量的燃料且不需燃料预处理,现在已经成为了生物质热和发电利用的一项主要技术。生物质炉排炉直燃发电技术已在我国得到广泛应用,然而由于生物质原料中碱金属含量较高,在生物质直燃过程中存在较严重的受热面积灰结渣问题,这已成为生物质能源化利用的重要障碍。因此了解和掌握生物质燃烧过程中的碱金属析出及沉积转化规律,对解决生物质碱金属问题具有重要意义。本文针对生物质直燃炉,运用商业流体计算软件FLUENT进行数值模拟,得到炉内碱金属的析出及沉积规律。首先,本文根据物料在炉排上经历干燥、挥发分析出、碳燃烧与燃尽的假设建立了全尺寸三维热态模型,利用C++编写物料在床层的转化规律,并通过UDF耦合到FLUENT中,得到了炉内温度场、组分浓度场及可燃性气体的反应速率分布。通过与现场实测温度值及烟气组分值的对比,验证了选用模型的合理性及模拟结果的可靠性。其次,在合理的热态流场基础上,结合实验研究的碱金属析出规律,对碱金属的析出规律做出合理假设,以碱金属KCl为代表,建立碱金属析出模型,得到氯化钾在炉膛的浓度分布规律。最后,在析出模型的基础上,建立碱金属氯化钾的颗粒的输运模型、粘附模型和沉积模型,得到氯化钾颗粒在受热面的沉积规律。模拟计算结果表明：沉积发生在整个炉膛,但在第三过热器处沉积较严重。