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2017-03-10 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
URPOSE
目的
在水泥行業(yè)及垃圾焚燒行業(yè),經(jīng)常會涉及顆粒在高溫狀態(tài)下的反應(yīng)。通常CFD軟件會提供煤粉顆粒燃燒的標準模板,類似于分解反應(yīng),則需要通過程序的接口自己定義。這里我們利用CFX軟件模擬爐內(nèi)煤粉燃燒及碳酸鈣分解的過程,碳酸鈣的分解速率采用user fortran 實現(xiàn)。
物理問題描述
碳酸鈣顆粒從分解爐底部進入,煤粉顆粒從分解爐兩側(cè)噴入,進口速度/溫度及空氣流量如圖1。由于碳酸鈣分解需要消耗熱,因此爐內(nèi)溫度比純煤粉燃燒燃燒時溫度低。
圖1 分解爐模擬示意圖
碳酸鈣分解速率的定義
碳酸鈣分解速率采用圖2所示的表達式,通過PT_REACTION子程序與主程序關(guān)聯(lián)(如圖2)。為了進行比較,計算考慮了如下兩種工況:
1)只考慮煤粉燃燒;
2)同時考慮煤粉燃燒及碳酸鈣分解。
圖2 碳酸鈣分解速率定義
計算結(jié)果
圖3 溫度場分布
圖4 二氧化碳濃度分布
圖3 給出了兩種工況下爐內(nèi)的溫度場分布。可見純煤粉燃燒工況下,爐出口平均溫度為1998K,考慮碳酸鈣分解后,爐出口溫度將為1340K。純煤粉燃燒情況下,爐出口CO2質(zhì)量分數(shù)為14.2%,考慮碳酸鈣分解反應(yīng)后,出口CO2質(zhì)量分數(shù)上升為25.9%(圖4)。主要原因是碳酸鈣分解反應(yīng)是吸熱反應(yīng),同時會生成一部分CO2。
圖5 CaCO3質(zhì)量分數(shù)隨顆粒軌跡的變化
圖6 CaO質(zhì)量分數(shù)隨顆粒軌跡的變化
圖7粒子溫度隨顆粒軌跡的變化
圖8沿爐高方向顆粒的分解率
圖5和圖6給出了顆粒中CaCO3和CaO質(zhì)量分數(shù)沿顆粒軌跡的變化。隨著分解反應(yīng)的進行,粒子中CaCO3質(zhì)量分數(shù)逐漸降低,而生成物CaO的質(zhì)量分數(shù)沿爐高逐漸增大。圖7給出了粒子溫度沿爐高的變化,可見,粒子溫度逐漸升高,在出口位置處,大部分粒子溫度在1240K左右。對于本案例的工況,碳酸鈣的分解率接近100%(如圖8)。
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