用改進(jìn)的焦碳模型研究煤粉鍋爐內(nèi)的燃燒行為

　用改進(jìn)的焦碳模型研究煤粉鍋爐內(nèi)的燃燒行為劉向軍徐旭常范宏麗21.北京科技大學(xué)熱能系，北京100083清華大學(xué)熱能系，北京100084角切向燃燒鍋爐爐膛內(nèi)的燃燒行為。在計算中，將煤巖學(xué)對煤進(jìn)行分類研究的思路引入燃燒學(xué)，對不同煤巖類別在高溫下石墨化對燃燒速率的影響。計算所得煤粉在鍋爐內(nèi)的未完全燃燒熱損失與實際情況相符。結(jié)果明，由于煤焦在高溫下迅速石墨化，燃燒速率降低，使原來部分非難燃大顆粒煤粉在開始燃燒后變成難燃性煤焦，從而加重了煤粉在爐膛內(nèi)的未燃燼率及出口處殘余熱量分布的非均勻性，進(jìn)而將直接加重水平煙道處溫度熱量分布的左右偏差，導(dǎo)致超溫爆管。

　　溫爆管1引言角切向燃燒煤粉鍋爐是目前電力行業(yè)中廣泛采用的爐型，但對于200界以上的機(jī)組，此種爐型的鍋爐在運(yùn)行中過熱器再熱器管壁因過熱而引起的超溫爆管問十分頻繁，嚴(yán)重影響安全運(yùn)行，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失�？茖W(xué)地分析超溫瀑管的原因，須詳細(xì)研究煤粉在爐膛內(nèi)的燃燒行為。

　　用數(shù)值計算的方法研究煤粉的燃燒經(jīng)歷，燃燒模型及燃燒反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)的選取至關(guān)重要，文對煤粉在角切向燃燒煤粉鍋爐爐膛內(nèi)的燃燒行為進(jìn)行了數(shù)值研究，在計算中，將煤巖學(xué)對煤進(jìn)行分類研究的思路引入燃燒學(xué)，對不同煤巖類別的煤分別進(jìn)行了研究。結(jié)果明，煤粉中的部分難燃組分在爐膛內(nèi)未能燃燼；爐膛出口處顆粒的濃度存在較明顯的偏差，右側(cè)濃度較大，未燃成分較多。

　　這結(jié)論對深入研究進(jìn)而解決角切向燃燒煤粉鍋爐的局部超溫爆管問有重大的意義。但進(jìn)步的計算明，采用文1所用的焦炭燃燒模型，在出口處，未燃燼熱量為1615.474，占燃煤總熱量的0.3，而般鍋爐未完全燃燒熱損失為2左右，計算結(jié)果與實際差別較大，這說明，文1中所用燃燒模型還有待于進(jìn)步改進(jìn)。文2經(jīng)過大量的實驗研究明，煤焦在高溫下很短的時間迅速石墨化，焦碳的燃燒速率在燃燒過程中不斷變化，越來越難燃，燃燒速率與其燃燼率成比例，并總結(jié)出后了其關(guān)系曲線。文2的實驗結(jié)果說明采用常規(guī)的燃燒模型模擬煤粉的燃燒行為必然造成較大失真。

　　利用文2的實驗結(jié)果，本文對原有的焦碳燃燒模型進(jìn)行了修正，進(jìn)步研究了煤粉顆粒在角切向燃燒鍋爐內(nèi)的燃燒行為。

　　2計算對象計算中所采用的爐膛結(jié)構(gòu)爐膛尺寸為。60爪父13.60爪，高44.16爪，燃燒器段總高6.7，分上下2組角切向布置，人0角氣流在爐膛中心形成5600的逆時針切園，8角氣流在爐膛中心形成51200的逆時針切園。次風(fēng)的入流速度分別為21.61爪843.396爪已51.913爪巳，總風(fēng)量為588 940爪3外冷風(fēng)20，時。

　　燃用煤種為陽泉貧煤，噴煤量為5.0571空氣過剩系數(shù)為=1.1.

　　3數(shù)學(xué)模型與計算方法角切向燃燒鍋爐爐膛內(nèi)的過程是個湍流兩相流動混合與燃燒的過程。本文進(jìn)行模擬時，湍流模型米用加Richardnumber修正的ke雙方程模型，進(jìn)行流場計算時，為減小偽擴(kuò)散，選用與流動較致的網(wǎng)格體系，采用適用于任意網(wǎng)格體系的傳熱采用肘0加，8也法，氣相燃燒采用瓦丑。模型，煤粉揮發(fā)份的析出采用雙平行反應(yīng)模型，殘?zhí)技?xì)情況參文5.

　　4煤種的分類與燃燒模型將文34實驗所得的焦炭的燃燒模型與文2的實驗結(jié)果相結(jié)合，考慮煤焦在高溫下迅速石墨化的影響，各比重段焦炭的燃燒速率為44289十1.00778，為焦炭的燃燼率。

　　對于71.855的煤，其成分中主要為無機(jī)礦物質(zhì)，碳的含量極少，因此在計算中，將碳全部歸為揮發(fā)分中，沒有焦碳的異相反應(yīng)。

　　尺為通用氣體常數(shù)，了0為焦碳顆粒的溫度。

　　進(jìn)行數(shù)值計算時將煤粉顆粒分成。，2960條軌道。

　　5計算結(jié)果與分析軌跡，其中1為從爐頂向下看，從人丑，0角噴出的40140的煤的燃燒情況，2則是從右墻向左墻看，人角噴出的煤粉顆粒的燃燒情況。對比文1所得計算結(jié)果可看出，沒有采用文2所得的焦炭的燃燒速率與燃燼率的關(guān)系時，7 1.60的煤40140，1在爐膛內(nèi)均已燃燼，無不完全燃燒熱損失，而采用文2的結(jié)果后，到焦炭燃燒后期，燃燼率增大，燃燒速率降低，部分大顆粒比重鏡質(zhì)組惰性組礦物質(zhì)文34的實驗結(jié)果，根據(jù)煤的顯微組成對煤進(jìn)行分煤的顯微組分統(tǒng)計結(jié)果如1.

　　1計算中采用的煤種為陽泉煤與文1相同，采用下的迅速石墨化，原來部分非難燃性大顆粒煤粉在開始燃燒后變成難燃性煤焦。進(jìn)步的計算明，71.60的煤在出口人人截面處有1量未燃燼，占全部煤粉所含熱量的0.3.在計算燃燼就從水平煙道飛出，其中中心線右側(cè)軌道數(shù)為54條，中心線左側(cè)軌道數(shù)為50條，右側(cè)顆粒數(shù)目略多，但由于不同角噴口噴出的煤粉在爐內(nèi)運(yùn)動軌道是不同的，般從水平煙道右側(cè)飛出的煤粉顆粒在爐膛內(nèi)停留時間較短，顆粒中未燃成分更多，這就使得左右兩側(cè)煤粉所帶未燃熱量相差更大。

　　出的煤粉顆粒的燃燒情況。1.6欠，1.855的煤也屬難燃組份，其燃燒速率介于1.60的煤和1.6 1.65的煤之間。部分煤粉40140未能燃燼，出口人人截面處有7 001.899！的剩余熱量被帶出爐膛外，占全部煤粉所含熱量的1.334.進(jìn)步的計算也明，在出口處，右側(cè)未燃燼焦炭的質(zhì)量及其所含熱量大于左側(cè)。

　　布，由該可清楚看出，在水平煙道出口處，左右兩側(cè)未燃燼熱量存在較大的偏差，右側(cè)明顯高于左側(cè)，這結(jié)果與文1結(jié)果致，煤粉在角切向燃燒鍋爐爐膛內(nèi)的這燃燒特性將直接引起水平煙道處溫度熱量分布的左右偏差，從而導(dǎo)致超溫爆管。另外，計算所得經(jīng)人人截面的未燃燼總熱量為為從爐膛頂部看A，B，C，D角噴出的煤粉顆結(jié)果與實際情況較相符。httpwww.cnki.net 14618.78以，占全部煤粉所含熱量的2.785，這6結(jié)論由上述結(jié)果分析，可得出以下結(jié)論高溫下石墨化對煤焦燃燒速率的影響，計算所得煤粉在鍋爐內(nèi)的未完全燃燒熱損失與實際情況相符。

　　采用改進(jìn)的焦炭燃燒模型，考慮了煤焦在使原來部分非難燃大顆粒煤粉在開始燃燒后也變成煤焦在高溫下迅速石墨化，燃燒速率降低，難燃性煤焦，從而加重了煤粉在爐膛內(nèi)的未燃燼率及出口處殘余熱量分布的非均，性。

　　不同角噴口噴出的煤粉在爐內(nèi)運(yùn)動軌道是不同的，般從水平煙道右側(cè)飛出的煤粉顆粒在爐膛內(nèi)停留時間較短，顆粒中未燃成分多，這就使得左右兩側(cè)煤粉所帶未燃熱量相差加大。

　　在水平煙道出口處，左右兩側(cè)未燃燼熱量存在較大的偏差，右側(cè)明顯高于左側(cè)，煤粉在角切向燃燒鍋爐爐膛內(nèi)的這燃燒特性將直接引起水平煙道處溫度熱量分布的左右偏差，從而導(dǎo)致超溫爆管。