新型生物质颗粒回转燃烧器流动特性仿真分析.PDF

新型生物质颗粒回转燃烧器流动特性仿真分析 链接：/tech/135977.html 来源：中国新能源网 新型生物质颗粒回转燃烧器流动特性仿真分析 贾国海，李立君，高自成，李际平，陈喜龙 （中南林业科技大学机电工程学院，湖南长沙410004） 摘要：以新型生物质颗粒回转燃烧器为研究对象，采用Pro/E软件对生物质颗粒回转燃烧器内流体进行几何建模， 并用Gambit软件对模型应用非结构化网格生成技术划分网格，并进行有限元前处理。在采用k-ε湍流模型的基础上， 应用计算流体力学软件Fluent模拟稳定工况下回转燃烧器内流体的流动特性，分析进气速度对回转燃烧器内的压力分 布、速度分布以及湍动能分布的影响。结果表明：燃烧器内部的气体压力、速度和湍动能随风机引风速度的增大逐渐 增大，风机出口到回转燃烧室之间的气体压力、速度和湍动能较大，在二次风口处达到最大值，回转燃烧室内气体的 压力、速度和湍动能分布较为均匀。 生物质颗粒燃料是一种典 型的生物质固体成型燃料，具有高效、洁净、容易点火 、CO 2 近零排放等优点，可替代煤炭等化石燃料应用于炊事、供暖等民用领域和锅炉燃烧、发电等工业领域，近几年来在欧 盟、北美、中国得到了迅速发展。文献[1]分析了我国生物质能源技术的现状、发展趋势和存在问题，提出了发展对 策和建议。文献[2]对南方主要薪炭树种的生物量、热值进行聚类分析，并结合生物生态学特性及种植推广情况进行 了综合评价。文献[3]对13种生物质原料的物理性能及燃烧特性进行了研究，并分析了燃烧后的气体排放成分、灰分 组成等特性。文献[4]对不同生物质燃料的元素组成和燃烧特性进行了对比分析。文献[5]对木屑和城市固体废物进行 燃烧特性的模拟和试验研究，分析了燃烧炉在不同风量影响下的燃烧特性。文献[6]为探讨木质颗粒燃料应用的效益 ，对比分析了常规能源和木质颗粒燃料的单位能价及典型锅炉实际运行成本。文献[7]采用Fluent软件对一种煤掺烧生 物质的旋流燃烧器进行了冷态数值模拟，计算结果表明：安装合适角度的旋流叶片可使得旋流燃烧器中的气流扰动更 加强烈，从而可提高生物质的燃烧效率。文献[8]采用Fluent对燃烧器空气流场情况进行了数值模拟，分析了不同二次 风门开度下旋流燃烧器空气流场特性。文献[9]采用涡流耗散（EDC）模型对一种预热室旋流燃烧器的燃烧特性进行 了数值模拟，并对6种不同含氧量下的燃烧特性进行了分析。 文献[10]对一种具有空气分级装置的小型生物质燃烧系统进行了CFD仿真分析，计算结果表明该装置可以在较低的 空气比下实现生物质的完全燃烧。文献[11]对一种生物质颗粒气化炉的燃烧效率和污染物排放特性进行了分析，得出 在控制好空气混合比的情况下可大大减少污染物排放并提高燃烧效率。文献[12]对固定床锅炉中的生物质燃烧特性进 行了数值模拟和实验测试对比分析，得到了固定床中固相和锅炉炉中气相的主要变化曲线。文献[13]采用计算流体动 力学（CFD）软件对生物质气化炉进行建模，并对不同生物质颗粒的气化特性进行了仿真与试验研究。 以上分析可知，生物质颗粒燃料广泛应用于生物质锅炉、热风炉、采暖炉中，但大部分燃烧器不具有抗结渣性的特 点。针对这种情况，本研究团队设计一种可抗结渣性的生物质回转颗粒燃烧器。燃烧器内流速分布特性对生物质颗粒 燃料的燃烧效率以及燃烧器的使用寿命均有重要的影响，笔者利用流体计算软件对该新型生物质颗粒回转燃烧器内流 场特性进行研究，能够减少试验工作量，缩短设计周期。 1燃烧器结构 为了提高生物质颗粒回转燃烧器热效率，使燃烧更充分，减少烟尘量的生成，生物质颗粒回转燃烧器采用回转燃烧 室。此外，还采用螺旋进料装置控制进料量，保证颗粒燃料充分燃烧，从而控制严重结渣。 生物质颗粒回转燃烧器结构示意图如图1所示，主要由螺旋进料机构、回转燃烧室、小燃烧室和联接法兰等部件组 成。燃烧器在工作时，生物质颗粒从进料口进入到进料螺旋管中，在进料螺旋机构的作用下，快速、平稳、均匀地推 进到回转燃烧室。在回转燃烧室内，燃料被干燥，然后进入燃烧区域，生物质颗粒完成一次燃烧所需要的空气通过鼓 风机将气流从回转燃烧室的下部和环绕在燃烧床内的燃烧室上的小孔进入，并提供适宜的燃料/空气比，营造理想的 燃烧氛围。生物质颗粒燃料在环绕整个燃烧室外的二次风口处吹入二次风，这些二次空气使得燃烧更加充分，保证所 有的生物质燃料在回转燃烧室内完全燃烧。