本文關(guān)鍵詞：堿回收鍋爐黑液霧化冷態(tài)數(shù)值模擬研究

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【摘要】：堿回收鍋爐中黑液霧化效果決定了其燃燒狀況。黑液的霧化效果較好時,液滴在爐膛內(nèi)的運動過程中得到適當(dāng)干燥,并在爐膛底部形成一定形狀的焦床,使燃燒維持在良好狀態(tài)。然而,如果此時的霧化液滴太小,又會過早進入熔融狀態(tài),不能形成良好狀態(tài)的焦床,而且會伴有大量機械攜帶,此時黑灰易在水冷壁、水冷屏等處積累形成堿塊,若在吹灰時掉下,便會破壞焦床。若霧化質(zhì)量較差,大尺寸液滴在運動過程中干燥程度不佳,又會堵塞噴口。因此,鑒于黑液的特殊性質(zhì),有必要通過數(shù)值模擬研究堿回收鍋爐內(nèi)黑液的霧化效果,以便于堿回收鍋爐及黑液噴槍結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化,從而降低生產(chǎn)成本,提高鍋爐的運行效率。本文首先采用控制體積分?jǐn)?shù)方法的多相流模型(VOF模型)對壓力—旋流霧化噴嘴進行了數(shù)值模擬研究:驗證了黑液的層流假設(shè),發(fā)現(xiàn)黑液粘度及表面張力與霧化液滴粒徑成正比,而黑液密度與霧化液滴粒徑成反比;通過研究噴嘴不同的初始化方法、進口壓力及結(jié)構(gòu)尺寸對黑液霧化特性的影響,總結(jié)出五種較優(yōu)的噴嘴結(jié)構(gòu)尺寸搭配方案,并結(jié)合工況要求,獲得了其工作壓力與霧化特性參數(shù);確定了黑液顆粒的最終穩(wěn)定速度約在3.5 m/s左右。其次,利用湍流模型模擬得到堿回收鍋爐的穩(wěn)態(tài)空氣流場,發(fā)現(xiàn)一次風(fēng)射流在四個墻角處發(fā)生撞擊,造成能量損失,不利于加強混合;二次風(fēng)兩側(cè)的射流偏向了側(cè)墻,有可能形成結(jié)渣,加速腐蝕等影響;三次風(fēng)的高速射流能夠有效地沖散爐膛中心的高速上升氣流,有效地抑制了機械攜帶。但是總體來說,該堿回收鍋爐的配風(fēng)還是很合理的。最后,使用離散相cone噴霧模型,擬合五種優(yōu)化搭配噴嘴的霧化特性參數(shù),通過耦合計算,將黑液液滴與堿回收鍋爐的穩(wěn)態(tài)空氣流場結(jié)合,并且考慮了液滴運動過程中的破碎、碰撞與合并,得到堿回收鍋爐的冷態(tài)流場,進一步分析了堿回收鍋爐的壓力場、湍動能分布及顆粒分布。研究發(fā)現(xiàn):前墻及右墻壁面存在結(jié)渣隱患;使用開口尺寸為16mm,旋流片孔徑為11mm的噴嘴(16-11噴嘴)時,爐膛內(nèi)黑液的霧化效果好于開口尺寸為8mm,旋流片孔徑為8.5mm的噴嘴(8-8.5噴嘴);噴嘴的霧化錐角及初始液滴尺寸范圍是影響爐膛內(nèi)黑液干燥和燃燒效果的主要霧化特性參數(shù),當(dāng)黑液液滴的最小尺寸大于0.6mm時,對液滴的干燥及機械攜帶的抑制均有較好的效果。
【關(guān)鍵詞】：黑液 壓力—旋流噴嘴 霧化特性 堿回收鍋爐 冷態(tài)流場 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK222
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 研究背景10-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 堿回收鍋爐數(shù)值模擬研究進展13-14
• 1.2.2 黑液霧化的研究進展14-16
• 1.3 本文研究內(nèi)容16-17
• 第2章 黑液霧化過程數(shù)值模型17-27
• 2.1 黑液噴嘴霧化過程數(shù)值模型17-20
• 2.1.1 濺板式噴嘴17
• 2.1.2 壓力—旋流噴嘴17-20
• 2.2 單噴嘴黑液霧化特性研究數(shù)值模型20-23
• 2.2.1 VOF模型20-22
• 2.2.2 液相湍流模型22-23
• 2.3 爐膛內(nèi)黑液霧化效果研究數(shù)值模型23-26
• 2.3.1 離散相模型23-24
• 2.3.2 液滴破碎模型24-25
• 2.3.3 液滴碰撞與聚合模型25
• 2.3.4 氣相湍流模型25-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 第3章 壓力—旋流霧化噴嘴數(shù)值模擬研究27-55
• 3.1 壓力—旋流霧化噴嘴數(shù)學(xué)物理模型27-31
• 3.1.1 物理模型與簡化27-28
• 3.1.2 網(wǎng)格劃分(ICEM)28-30
• 3.1.3 數(shù)值方法30
• 3.1.4 邊界條件及模型求解設(shè)置30-31
• 3.2 初始化設(shè)置方案研究31-38
• 3.2.1 黑液流動狀態(tài)32-33
• 3.2.2 噴嘴內(nèi)黑液初始體積分?jǐn)?shù)33-36
• 3.2.3 黑液屬性36-38
• 3.3 黑液噴射過程38-40
• 3.4 噴嘴進口壓力的影響40-46
• 3.4.1 速度場分析40-42
• 3.4.2 質(zhì)量流量與液膜厚度42-43
• 3.4.3 霧化特性參數(shù)及噴嘴流場43-46
• 3.5 噴嘴結(jié)構(gòu)尺寸的影響46-53
• 3.5.1 旋流片孔徑46-49
• 3.5.2 噴嘴出口直徑49-52
• 3.5.3 確定裝配方案及優(yōu)化建議52-53
• 3.6 本章小結(jié)53-55
• 第4章 堿回收鍋爐冷態(tài)數(shù)值模擬研究55-88
• 4.1 堿回收鍋爐數(shù)學(xué)物理模型55-59
• 4.1.1 物理模型55-56
• 4.1.2 網(wǎng)格劃分(ICEM)56-58
• 4.1.3 數(shù)值方法58-59
• 4.1.4 邊界條件及模型求解設(shè)置59
• 4.2 壓力—旋流噴嘴工作壓力及霧化特性參數(shù)59-64
• 4.2.1 噴嘴工作壓力60-62
• 4.2.2 噴嘴出口速度分布62-63
• 4.2.3 噴嘴霧化特性參數(shù)63-64
• 4.3 堿回收鍋爐空氣速度流場分析64-74
• 4.3.1 一次風(fēng)流場分析65-67
• 4.3.2 二次風(fēng)流場分析67-69
• 4.3.3 三次風(fēng)流場分析69-71
• 4.3.4 堿回收鍋爐中心對稱截面流場分析71-74
• 4.4 堿回收鍋爐冷態(tài)流場模擬結(jié)果74-86
• 4.4.1 爐膛內(nèi)壓力分布74-76
• 4.4.2 爐膛內(nèi)湍動能分布76-78
• 4.4.3 爐膛內(nèi)黑液顆粒分布78-86
• 4.5 本章小結(jié)86-88
• 結(jié)論88-89
• 未來工作展望89-90
• 參考文獻90-94
• 致謝94

【參考文獻】

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本文編號：835607