回轉(zhuǎn)窯內(nèi)生物質(zhì)高溫空氣燃燒過程數(shù)值模擬

1、 9期樓波等:回轉(zhuǎn)窯內(nèi)生物質(zhì)高溫空氣燃燒過程數(shù)值模擬1107格進行了加密(如圖3,共劃分了36萬多個網(wǎng)格。2.2數(shù)學模型學者在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的流動、燃燒的研究經(jīng)驗,模擬三維穩(wěn)態(tài)離散模型(3d,steady,segregated solver13川。數(shù)本文采用FLUENT軟件進行計算,參考國內(nèi)外值模擬中N.S方程求解采用SIMPLE算法;氣固兩相表1稻殼的物理特性Table 1Physical characteristics of rice husk 圖1HTAC回轉(zhuǎn)窯生物質(zhì)燃料燃燒實驗臺Fig.1Biomass incineration in rotary kilnwith HTAC圖2燃料和空氣入

2、口示意圖Fig.2Entrance offuel and air inside the rotary kiln間的湍流計算采用標準髓e雙方程模型(k-e model;用混合分數(shù)一概率密度函數(shù)(mixturefraction PDF模型模擬氣相湍流燃燒;用P-1輻射模型(P-1radiationmodel計算輻射傳熱;采用雙匹配速率模型(twocoin.畔ing rates“蒯模擬稻殼揮發(fā)份的析出;采用動力擴散控制燃燒模型(kinetics.diffusionlimitedmodel計算焦炭燃燒;采用基于拉格朗日的隨機顆粒軌道(sto.chastictracking方法模擬稻殼顆粒的運動軌跡。圖

3、3計算模型網(wǎng)格不意圖Fig.3Grid atrmlgement of rotary kiln calculation model2.2.1質(zhì)量、動量和能量守恒方程業(yè)at+丟(伊;=.s。(1疊(剛+蠡(剛j=一襄+生axj懈佴(2式中,D密度,kg/o;p靜壓,Pa;i、uji、j方向的即時速率,m/s;髫i、菇ii、j方向的坐標長度,m;S。、5嘶質(zhì)量源項和動量源項,kg/(m3s、kg/(m2s2;Z'ij應力張量,Pa;Pg;重力在i方向上的分量,ks/(矗s2。麥(礎=麥雌+孑u盟柙/az_u;+Q一+Q一。(3式中,日顯焓,J/ks;A熱導率,W/(mK;C。質(zhì)量分數(shù)加權(quán)比熱

4、,J/(kgK;。湍流粘度,ks/(ins;o"H焓的Prandtle數(shù);Q耐、QR、S。輻射換熱、化學反應熱和熱匯項,W/m3。2.2.2標準肛e方程旦Ot(肚+麥(咖i=毫(戶+11.,Ok:】+Gk+Gb一店一YM+Sk(4竺燃55件d 一氣里乞z 互簍.墨一鉍依一奶姍鼢三空一回轉(zhuǎn)窯 9期樓波等:回轉(zhuǎn)窯內(nèi)生物質(zhì)高溫空氣燃燒過程數(shù)值模擬個工況下的溫度分布均表明回轉(zhuǎn)窯內(nèi)生物質(zhì)燃料燃燒存在水分蒸發(fā)、揮發(fā)分逸出燃燒和焦炭燃燒的3個區(qū)間(加熱干燥區(qū)、熱解燃燒區(qū)、焦炭燃盡區(qū)。圖4a中,加熱干燥區(qū)為0。0.2m處,揮發(fā)分逸出燃燒區(qū)為0.20.9m,焦炭燃盡區(qū)為0.91.9m。圖4b中,加熱干

5、燥區(qū)為00.35m處,揮發(fā)分逸出燃燒區(qū)為O.35。0.75m,而焦炭燃盡區(qū)為0.751.40m處。圖4c高溫低氧燃燒工況中,加熱干燥區(qū)為O0.06m處,揮發(fā)分逸出燃燒區(qū)為0.060.60m處,而焦炭燃盡區(qū)在O.60。1.25m處?？諝鉁囟鹊蜁r,加熱干燥區(qū)延長,氧量的充足利于燃燒發(fā)展,可縮短整個燃燒過程。傳統(tǒng)燃燒(圖4b窯內(nèi)存在揮發(fā)分和焦炭燃燒圖5窯內(nèi)軸截面速度分布(ms一兩個局部高溫點,最高溫度達到2000K,與出H煙氣rig5Velocity distribution along axial direction inside the溫差達到600K。相同的入1:3溫度1073K下,采用高ro

6、tary kiln(m.s。溫低氧的HTAC技術(shù)(圖4a,局部最高溫度只有3.3組分場1650K,低于熱力型NO。產(chǎn)生溫度,將大大降低NO。圖6表示工況3下回轉(zhuǎn)窯軸截面上的C02、02的生成。高溫空氣溫度提高到1273K(圖4e時,爐和CO的濃度分布。從圖中可以看出,窯內(nèi)C02、02內(nèi)溫差將進一步減小,溫度場也更加均勻,提高了燃和CO的濃度分布與窯內(nèi)溫度(圖4c分布有很大關燒的穩(wěn)定性。系:工況3由于高溫低氧燃燒,很快就開始燃燒,燃燒的范圍較大,在0.061.25m區(qū)域,但由于氧量供給不足,最后尚有一定濃度的CO,要使燃燒完全,必須要再補充空氣。圖4窯內(nèi)軸截面溫度分布(KFig.4Temperatm'e distributing along axial direction i璐ide t圮rotary kiln(K3.2速度場分布稻殼在3種不同工況下燃燒,回轉(zhuǎn)窯內(nèi)軸截面(茗=0的速度場分布如圖5所示。從圖中可以看出,燃料在燃燒過程中,因體積膨脹,流速會增加,改變速度場。工況1因燃燒的推遲,在0.2m以后速度場都有擾動,而工況2主要集中在1.2m以前區(qū)域,工況3為低氧燃燒均勻,速度場也明顯較均勻。圖6工況3下窯內(nèi)軸截面組分體積分數(shù)分布Fig.6Volume fraction distribution alongradial￥1圮tion