循环流化床锅炉污染物生成过程的数值模拟方法及系统技术方案

本申请公开了一种循环流化床锅炉污染物生成过程的数值模拟方法及系统，该方法包括：预先对循环流化床锅炉进行网格建模，得到相应的锅炉网格模型；对锅炉网格模型内部三维空间的流体相方程和颗粒相方程进行求解，得到与锅炉网格模型对应的数学模型；利用数学模型，并结合循环流化床锅炉在工作过程中所涉及的化学反应式，对循环流化床锅炉在燃烧时的污染物生成过程进行仿真，得到与污染物生成过程对应的仿真模型。本申请相比于传统的双流体模型，增加了颗粒相对循环流化床锅炉的数学模型的影响，这样使得最终得到的数学模型更加符合循环流化床锅炉的实际燃烧过程，进而提升了后续污染物生成过程的仿真效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锅炉仿真模拟
，特别涉及一种循环流化床锅炉污染物生成过程的数值模拟方法及系统。
技术介绍
循环流化床锅炉是近三十年发展起来的一种新型洁净煤燃烧设备，在清洁燃烧特别是燃烧劣质煤方面具有污染物排放及控制成本低、燃料适应范围广、调峰能力强、燃烧效率高等优点。循环流化床燃烧技术是洁净煤技术中最具商业化潜力、污染排放控制成本最低的技术，同时由于煤种适应性强，其也成为了消纳煤炭生产带来的大量煤矸石的最有效手段。由于循环流化床锅炉复杂的流化态结构，采用单一的实验测量手段无法真实地了解循环流化床的三维非稳态流动结构，这极大地限制了现场循环流化床锅炉的优化运行。为了解决这个问题，随着当前计算机技术的高速发展，人们开始对循环流化床锅炉内部的燃烧过程进行数值模拟，尤其注重于对循环流化床锅炉的污染物生成过程进行数值模拟，以通过数值模拟来对循环流化床锅炉的整体燃烧过程和污染物生成过程进行优化。然而，传统技术是基于双流体模型来对循环流化床锅炉的污染物生成过程进行数值模拟的，这种双流体模型是在将固体燃煤颗粒当作流体来进行处理的基本假设下进行建立的，这导致基于这种模型得到数值模拟结果与循环流化床锅炉的实际污染物生成过程存在较大的偏差，数值模拟效果较差，难以适应当下对循环流化床锅炉越来越高的数值模拟要求。综上所述可以看出，如何进一步提升污染物生成过程的数值模拟效果是目前有待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种循环流化床锅炉污染物生成过程的数值模拟方法及系统，进一步提升了污染物生成过程的数值模拟效果。其具体方案如下：一种循环流化床锅炉污染物生成过程的数值模拟方法，包括：预先对循环流化床锅炉进行网格建模，得到相应的锅炉网格模型；对所述锅炉网格模型内部三维空间的流体相方程和颗粒相方程进行求解，得到与所述锅炉网格模型对应的数学模型；利用所述数学模型，并结合所述循环流化床锅炉在工作过程中所涉及的化学反应式，对所述循环流化床锅炉在燃烧时的污染物生成过程进行仿真，得到与污染物生成过程对应的仿真模型。优选的，所述对所述锅炉网格模型内部三维空间的流体相方程和颗粒相方程进行求解的过程，包括：利用CPFD方法，对所述流体相方程和所述颗粒相方程进行求解。优选的，所述流体相方程为基于纳维叶－斯托克斯方程以及颗粒与流体之间动量耦合方程得到的方程。优选的，所述颗粒与流体之间动量耦合方程为： F ξ n + 1 = 1 V ξ Σ k N p S ξ , s k [ D s k ( u f , s k n + 1 - u s k n + 1 ) - 1 ρ s k ▿ p s k n + 1 ] n s k m s k ]]>式中，ξ表示计算网格，Vξ表示计算网格ξ的体积，Dsk表示计算网格ξ中第k个计算颗粒所受到的曳力，表示流体相的速度，表示颗粒相的速度，ρsk表示第k个计算颗粒的密度，表示第k个计算颗粒所受到的压强，msk表示第k个计算颗粒的质量，nsk表示第k个计算颗粒所代表的实际颗粒的数目，Sξ,sk表示第k个计算颗粒的插值算子。优选的，所述流体相方程为： ∂ θ f ρ f ∂ t + ▿ · ( θ f ρ f u f ) = ρ · s f c ∂ ( &本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种循环流化床锅炉污染物生成过程的数值模拟方法，其特征在于，包括：预先对循环流化床锅炉进行网格建模，得到相应的锅炉网格模型；对所述锅炉网格模型内部三维空间的流体相方程和颗粒相方程进行求解，得到与所述锅炉网格模型对应的数学模型；利用所述数学模型，并结合所述循环流化床锅炉在工作过程中所涉及的化学反应式，对所述循环流化床锅炉在燃烧时的污染物生成过程进行仿真，得到与污染物生成过程对应的仿真模型。

【技术特征摘要】
1.一种循环流化床锅炉污染物生成过程的数值模拟方法，其特征在于，包括：预先对循环流化床锅炉进行网格建模，得到相应的锅炉网格模型；对所述锅炉网格模型内部三维空间的流体相方程和颗粒相方程进行求解，得到与所述锅炉网格模型对应的数学模型；利用所述数学模型，并结合所述循环流化床锅炉在工作过程中所涉及的化学反应式，对所述循环流化床锅炉在燃烧时的污染物生成过程进行仿真，得到与污染物生成过程对应的仿真模型。2.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉污染物生成过程的数值模拟方法，其特征在于，所述对所述锅炉网格模型内部三维空间的流体相方程和颗粒相方程进行求解的过程，包括：利用CPFD方法，对所述流体相方程和所述颗粒相方程进行求解。3.根据权利要求2所述的循环流化床锅炉污染物生成过程的数值模拟方法，其特征在于，所述流体相方程为基于纳维叶－斯托克斯方程以及颗粒与流体之间动量耦合方程得到的方程。4.根据权利要求3所述的循环流化床锅炉污染物生成过程的数值模拟方法，其特征在于，所述颗粒与流体之间动量耦合方程为： F ξ n + 1 = 1 V ξ Σ k N p S ξ , s k [ D s k ( u f , s k n + 1 - u s k n + 1 ) - 1 ρ s k ▿ p s k n + 1 ] n s k m s k ]]>式中，ξ表示计算网格，Vξ表示计算网格ξ的体积，Dsk表示计算网格ξ中第k个计算颗粒所受到的曳力，表示流体相的速度，表示颗粒相的速度，ρsk表示第k个计算颗粒的密度，表示第k个计算颗粒所受到的压强，msk表示第k个计算颗粒的质量，nsk表示第k个计算颗粒所代表的实际颗粒的数目，Sξ,sk表示第k个计算颗粒的插值算子。5.根据权利要求1至4任一项所述的循环流化床锅炉污染物生成过程的数值模拟方法，其特征在于，所述流体相方程为： ∂ θ f ρ f ∂ t + ▿ · ( θ f ρ f u f ) = ρ · s f c ...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙超凡，李德波，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44