生物质燃烧机燃烧特性的数值模拟

    摘  要：运用Fluent软件对40 t/h锅炉用生物质燃烧机进行三维数值模拟，研究进风量对燃烧机性能及污染物NO。排放特性的影响。结果表明：合适的进风量是保证燃烧机稳定燃烧的重要条件，也是减少NO.排放的关键因素。数值模拟的计算结果为燃烧机优化设计、改造提供了参考依据。

    燃烧机是燃油气锅炉的关键部件，它决定燃料的着火及燃烧状态等，它的稳定运行是决定锅炉经济性和可靠性的主要因素，因此在设计上燃烧机必须具备组织良好空气动力场的能力。计算流体动力学是通过利用流体仿真软件来求解控制流体流动的数学方程，进而研究流体的运动规律。随着计算流体力学的发展，CFD已经成为流体仿真的主要工具。在工程设计中，首先建立数值模拟，然后用数值算法求解，并将结果可视化。经过计算结果与实验结果对比，数值模拟在时间和精度上均具有一定优势，能够比试验更全面地了解流场的变化情况03。通过数值模拟的方法来辅助燃烧机的设计将有利于保证燃烧机的性能。本文通过对40 t/h锅炉用生物质燃烧机进行三维数值模拟研究，为燃烧机优化设计、改造提供了参考依据。

1  燃烧机概述

    图1为40 t/h生物质燃烧机口型分体式结构）的局部示意图。该燃烧机有12根燃气管，包括外环8根伏口径出口和斜边小口径出口各4根）、中间4根及中间管部夹层。它们均匀地分布在燃烧机喷嘴处，与助燃空气良好混合，保证天然气稳定、高敖燃烧。该系列燃烧机助燃空气曲风机提供）由四个部分供给：第一部分从燃烧机风箱由软管引入到中心导管，用以降低火焰的中心温度曲于此处进气量非常小，故忽略不计，不进行网格化）；第二部分被导入内层中心区（中心低速空气区）；第三部分被分配到中间层的旋流区；第四部分速度增大并完全沿稳焰盘的轴向流动；内层中心稳定区配有一个可调节的空气进口。

2数值模拟计算

2.1  物理模型

    为了真实反映燃烧机喷嘴处燃烧情况，特意在燃烧机出口后面加入一个3 mx3 mx9 m的假想炉膛。实际流场是一个复杂的多通道区域，很难通过一种单域贴体网格来模拟，即使生成了也不能保证格质量，影响流场数值求解的效果。因此，目前常采用区域法或分区网格，基本思想是，根据外形特点把复杂的物理域或复杂的拓扑结构分成若干个网格区域，分别对每个子区域生成拓扑结构简单的网格鲒构块网格）圈。

2.2数学模型

    采用雷诺平均的N-S方程为控制方程，湍流模型采用标准k-8方程、能量方程以及连续性方程。

    使用finite - rate化学模型分析甲烷一空气燃烧系统。燃烧模型使用单步完成反应机制，同时假定燃料完全燃烧转化成CO，和H：O圈。

    涡一耗散模型Eddy - Dissipation Modal，简称EDM模型）在计算反应率时，假定化学动力学反应要比通过湍流扰动锅）对反应物的混合要快速凹。

    辐射模型采用符合要求且计算量较小的P-l辐射模型，

    NO，模型提供了一种理解NO，产生源和帮助设计NO。控制方法的工具，本文主要研究热力型NO。和快速型NO，的产生。热力型NO。主要受火焰温度的影响，其次是02的浓度；快速型NO。是由反应中间产物HCN被氧化后生成圈。

2.3  边界条件及初始条件

2.3.1  空气进口(air - inlet)的边界条件：选用燃烧机蝌格分彳Mass - Flow - inlet，其流速为13.69 kg／s鲐定天然气的热值为8 500 kcal／mi，流量为3 600 IJ13／h），湍流强度为10%。

2.3.2  燃气进口~jas - inlet）的边界条件：选用Pressure - inlet，表压为14 000 Pa，湍流强度为10%。

2.3.3  燃烧出口6udet）边界条件：选用pressure -outlet，表压为3 000 Pa，由于出口属于弱湍流，其湍流强度取2%。

2. 3.4  壁面条件：为了方便研究炉膛内部燃烧情况，故设置为绝热壁面。

2.3.5  初始条件：在初始化中我们将表压定为10 000 Pa，温度定为2 000 K。