一种电站锅炉煤粉在变燃尽风量下的燃烧特性生成数值的模拟方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种电站锅炉煤粉在变燃尽风量下的燃烧特性生成数值的模拟方法及装置，解决了目前由于炉膛尺寸越来越大，制造全尺寸模型的试验台已不切实际，所导致的无法对炉内燃烧、流动、传热整体规律特性进行测量的技术问题。本发明专利技术方法包括：通过基本守恒方程、湍流流动模型、湍流气固两相流动模型、气相湍流燃烧模型、煤粉颗粒燃烧模型、辐射换热模型和NOX生成模型对网格划分后的预置锅炉燃烧器模型中的锅炉煤粉在变燃尽风量条件下的燃烧过程进行模拟；根据在变燃尽风量条件下模拟的结果确定锅炉燃烧器的煤粉燃尽率、飞灰含碳量、NOX排放量、下炉膛出口温度和沿炉膛高度的平均CO浓度分布。

Numerical simulation method and device for generating combustion characteristics of pulverized coal of power station boiler under variable exhaust air volume

The embodiment of the invention combustion method and device for simulating formation characteristics of numerical example discloses a boiler pulverized coal in the overfire air, solves the furnace size increasing, making a full scale model test is unrealistic, caused by technical problems to combustion, flow and heat transfer characteristics of the whole law measurement. The method of the invention includes: the basic conservation equation, turbulence model, turbulent gas-solid two-phase flow model, gas phase turbulent combustion model, pulverized coal combustion model, radiation heat transfer model and NOX model to generate mesh after the preset model in pulverized coal fired boiler burner in the overfire air conditions of combustion process simulation according to the change in the overfire air; under the condition of simulation results to determine the average CO concentration distribution of pulverized coal combustion boiler burner rate, the carbon content in fly ash, NOX emissions, the outlet temperature and along the height of the.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力
，尤其涉及一种电站锅炉煤粉在变燃尽风量下的燃烧特性生成数值的模拟方法及装置。
技术介绍
电站锅炉煤粉燃烧是一个复杂的湍流流动、传热及燃烧的三维过程。由于过程的复杂性以及燃煤锅炉燃料的多变性，迄今为止，对锅炉的设计和运行缺乏成熟的理论和经验，往往需要冷态及热态试验来确定运行和设计参数，因为试验具有直观、可靠等优点，可以直接用来指导锅炉产品的设计生产和制造。但是目前我国火力发电厂已向高参数、大容量方面发展，炉膛尺寸越来越大，这类试验周期长，耗资巨大，且很难得到全面、满意的数据。制造全尺寸模型的试验台已不切实际，对现场实际运行的大容量锅炉直接进行空气动力场的测量，以及对炉内燃烧、流动、传热整体规律特性进行测量几乎是不可能的，所以，通过试验指导锅炉设计存在很大的局限性。因此，如何上述提及的由于炉膛尺寸越来越大，制造全尺寸模型的试验台已不切实际，所导致的无法对炉内燃烧、流动、传热整体规律特性进行测量的技术问题已成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种电站锅炉煤粉在变燃尽风量下的燃烧特性生成数值的模拟方法及装置，其中，电站锅炉煤粉燃烧特性生成数值的模拟方法包括：对预置锅炉燃烧器模型进行分区网格划分；通过基本守恒方程、湍流流动模型、湍流气固两相流动模型、气相湍流燃烧模型、煤粉颗粒燃烧模型、辐射换热模型和NOX生成模型对网格划分后的预置锅炉燃烧器模型中的锅炉煤粉在变燃尽风量条件下的燃烧过程进行模拟；根据在变燃尽风量条件下模拟的结果确定锅炉燃烧器的煤粉燃尽率、飞灰含碳量、NOX排放量、下炉膛出口温度和沿炉膛高度的平均CO浓度分布。本实施例中，通过对预置锅炉燃烧器模型进行分区网格划分；通过基本守恒方程、湍流流动模型、湍流气固两相流动模型、气相湍流燃烧模型、煤粉颗粒燃烧模型、辐射换热模型和NOX生成模型对网格划分后的预置锅炉燃烧器模型中的锅炉煤粉在变燃尽风量条件下的燃烧过程进行模拟；根据在变燃尽风量条件下模拟的结果确定锅炉燃烧器的煤粉燃尽率、飞灰含碳量、NOX排放量、下炉膛出口温度和沿炉膛高度的平均CO浓度分布，解决了目前由于炉膛尺寸越来越大，制造全尺寸模型的试验台已不切实际，所导致的无法对炉内燃烧、流动、传热整体规律特性进行测量的技术问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种电站锅炉煤粉在变燃尽风量下的燃烧特性生成数值的模拟方法的一个实施例的流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种电站锅炉煤粉在变燃尽风量下的燃烧特性生成数值的模拟装置的一个实施例的结构示意图；图3(a)至(c)为炉膛结构和网格划分示意图；图4为变燃尽风量下的煤粉燃烧率；图5为变燃尽风量下的飞灰含碳量；图6为变燃尽风量下的NOX排风量；图7为变燃尽风量下的下炉膛出口温度；图8为不同燃尽风量下沿炉膛高度的平均CO浓度分布。具体实施方式本专利技术实施例提供了一种电站锅炉煤粉在变燃尽风量下的燃烧特性生成数值的模拟方法及装置，解决了目前由于炉膛尺寸越来越大，制造全尺寸模型的试验台已不切实际，所导致的无法对炉内燃烧、流动、传热整体规律特性进行测量的技术问题。CFD，软件(ComputationalFluidDynamics)，即计算流体动力学,是流体力学的一个分支，简称CFD。CFD是近代流体力学，数值数学和计算机科学结合的产物，是一门具有强大生命力的边缘科学。它以电子计算机为工具，应用各种离散化的数学方法，对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究，以解决各种实际问题。为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1，本专利技术实施例提供的一种电站锅炉煤粉在变燃尽风量下的燃烧特性生成数值的模拟方法的一个实施例包括：101、对预置锅炉燃烧器模型进行分区网格划分；随着计算机技术以及计算流体力学、计算传热学、计算燃烧学等学科的发展，计算机模拟技术得到了飞速发展。以CFD为基础的数值模拟日益成为各国能源动力领域的研究者们用来研究锅炉炉内过程的重要手段。数值模拟方法速度快，获得的信息量大，能全而预报炉内的流动、传热和燃烧过程，为锅炉的设计、运行和改造提供重要的参考依据，具有重要的工程应用价值。因而，通过炉内过程的全模拟数值计算，分析炉内的空气动力场、温度场，来对燃烧过程中NOX的生成做出预报成为可行的研究手段，首先需要对预置锅炉燃烧器模型进行分区网格划分。102、通过基本守恒方程、湍流流动模型、湍流气固两相流动模型、气相湍流燃烧模型、煤粉颗粒燃烧模型、辐射换热模型和NOX生成模型对网格划分后的所述预置锅炉燃烧器模型中的锅炉煤粉在变燃尽风量条件下的燃烧过程进行模拟；当对预置锅炉燃烧器模型进行分区网格划分之后，需要通过基本守恒方程、湍流流动模型、湍流气固两相流动模型、气相湍流燃烧模型、煤粉颗粒燃烧模型、辐射换热模型和NOX生成模型对网格划分后的预置锅炉燃烧器模型中的锅炉煤粉在变燃尽风量条件下的燃烧过程进行模拟。103、根据在变燃尽风量条件下模拟的结果确定所述锅炉燃烧器的煤粉燃尽率、飞灰含碳量、NOX排放量、下炉膛出口温度和沿炉膛高度的平均CO浓度分布。当通过基本守恒方程、湍流流动模型、湍流气固两相流动模型、气相湍流燃烧模型、煤粉颗粒燃烧模型、辐射换热模型和NOX生成模型对网格划分后的预置锅炉燃烧器模型中的锅炉煤粉的燃烧过程进行模拟之后，需要根据在变燃尽风量条件下模拟的结果确定所述锅炉燃烧器的煤粉燃尽率、飞灰含碳量、NOX排放量、下炉膛出口温度和沿炉膛高度的平均CO浓度分布。需要说明的是，以上所述变燃尽风量条件是指燃尽风量分别为530、630和730t/h的状态下，且对预置锅炉燃烧器模型进行分区网格划分之后还包括：对网格划分后的预置锅炉燃烧器模型进行简化，并获取到设置后的设计参数和工况条件。湍流流动模型为Realizablek-ε双方程模型；其中，k方程为ε方程为Gk表示由于平均速度梯度引起的湍流动能产生，Gb是用于浮力影响引起的湍流动能产生，YM表示可压速湍流脉动膨胀对总的耗散率的影响，σk、σε分别是湍流动能及其耗散率的湍流普朗特数。湍流气固两相流动模型为拉格朗日随机颗粒轨道模型。气相湍流燃烧模型为混合分数—概率密度函数(PDF)模型。煤粉颗粒燃烧模型的包括用于挥发份析出双方程模型、用于焦炭燃烧的扩散—动力控制燃烧模型。辐射换热模型为P-1辐射模型。NOX生成模型为PDF输运方程模型。下面将以一具体实施例进行描述，应用例包括：对于电站大型燃煤锅炉燃烧过程，可以用基本守恒方程、湍流流动模型、湍流气固两相流动模型、气相湍流燃烧模型、煤粉颗粒燃烧模型、辐射换热模型来进行数学描述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电站锅炉煤粉在变燃尽风量下的燃烧特性生成数值的模拟方法及装置，其特征在于，包括：对预置锅炉燃烧器模型进行分区网格划分；通过基本守恒方程、湍流流动模型、湍流气固两相流动模型、气相湍流燃烧模型、煤粉颗粒燃烧模型、辐射换热模型和NOX生成模型对网格划分后的所述预置锅炉燃烧器模型中的锅炉煤粉在变燃尽风量条件下的燃烧过程进行模拟；根据在变燃尽风量条件下模拟的结果确定所述锅炉燃烧器的煤粉燃尽率、飞灰含碳量、NOX排放量、下炉膛出口温度和沿炉膛高度的平均CO浓度分布。

【技术特征摘要】
1.一种电站锅炉煤粉在变燃尽风量下的燃烧特性生成数值的模拟方法及装置，其特征在于，包括：对预置锅炉燃烧器模型进行分区网格划分；通过基本守恒方程、湍流流动模型、湍流气固两相流动模型、气相湍流燃烧模型、煤粉颗粒燃烧模型、辐射换热模型和NOX生成模型对网格划分后的所述预置锅炉燃烧器模型中的锅炉煤粉在变燃尽风量条件下的燃烧过程进行模拟；根据在变燃尽风量条件下模拟的结果确定所述锅炉燃烧器的煤粉燃尽率、飞灰含碳量、NOX排放量、下炉膛出口温度和沿炉膛高度的平均CO浓度分布。2.根据权利要求1所述的电站锅炉煤粉在变燃尽风量下的燃烧特性生成数值的模拟方法，其特征在于，对预置锅炉燃烧器模型进行分区网格划分之后还包括：对网格划分后的所述预置锅炉燃烧器模型进行简化，并获取到设置后的设计参数和工况条件。3.根据权利要求1所述的电站锅炉煤粉在变燃尽风量下的燃烧特性生成数值的模拟方法，其特征在于，所述湍流流动模型为Realizablek-ε双方程模型；其中，k方程为ε方程为Gk表示由于平均速度梯度引起的湍流动能产生，Gb是用于浮力影响引起的湍流动能产生，YM表示可压速湍流脉动膨胀对总的耗散率的影响，σk、σε分别是湍流动能及其耗散率的湍流普朗特数。4.根据权利要求1所述的电站锅炉煤粉在变燃尽风量下的燃烧特性生成数值的模拟方法，其特征在于，所述湍流气固两相流动模型为拉格朗日随机颗粒轨道模型。5.根据权利要求1所述的电站锅炉煤粉燃烧特性生成数...

【专利技术属性】
技术研发人员：李德波，许凯，钟俊，冯永新，周杰联，曾庭华，廖永进，湛志钢，刘亚明，殷立宝，余岳溪，
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