煤粉燃烧飞灰含碳量研究.docx

煤粉燃烧飞灰含碳量研究《热能动力工程杂志》2014年第三期1带灰层扩散阻力的焦炭燃烧模型如图1所示直径为d的焦炭颗粒燃烧时(此时水分、挥发份已析出完毕)最外层会形成一层气膜往里是多孔灰层中间为未燃烧的碳核直径为dc。随着燃烧的进行灰层慢慢变厚dc慢慢变小直到未燃烧碳核完全燃尽dc=0为止。以氧气和焦炭反应为例假定氧气和焦炭反应全部生成CO即C+0．5O2CO。氧气要到达颗粒中心与未燃烧的碳核反应必须穿透颗粒表面的气膜和多孔的灰层氧气在穿透气膜和灰层的过程中浓度会逐渐降低。假定气膜外表面即气相空间中的氧气浓度为C∞灰壳外表面的氧气浓度为Ca碳核外表面的氧气浓度为Cc。氧气的消耗速率与碳核表面积动力速率以及表面的氧气浓度成正比:2计算实例计算对象为某电站1025t/h亚临界锅炉如图2所示。该炉膛设计采用的是一、二次风同心反切燃烧技术四角切圆燃烧方式和供风喷口具体布置情况如图3所示。A、B、C、D、E分别为5层一次风喷口(本次运行工况中E为关闭状态)其它均为二次风喷口。表2－表4分别给出了计算煤种成分分析、供风参数和计算时用的粒径分布。主要模型设置:k－ε湍流模型有限速率/涡耗散气相反应P－1辐射模型湿燃烧模型模拟水分蒸发过程双竞争反应模型描述挥发份析出速率多表面反应模型计算焦炭反应速率。根据前面所建立的带灰层扩散阻力的缩核燃烧模型将该模型用自定义颗粒表面反应速率的方式(调用用户自定义函数中的DEFINE_PR_RATE宏)覆盖FLUENT自带的表面反应速率模型。3计算结果表5给出了FLUENT自带的焦炭燃烧模型和改进模型与测试结果的对比。可以看出自带模型由于忽略了灰层对燃烧气体的扩散阻力求得的飞灰含碳量仅为0．1%几乎完全燃尽与测试结果2．2%有本质区别。而改进模型求得的飞灰含碳量为3．1%与测试结果较为接近。此外自带模型和改进模型求得的炉膛出口O2体积百分比分别为3．0%和3．3%与测试结果3．2%都比较接近一个略偏低一个略偏高都在±10%误差范围内完全可以接受。图4和图5分别为自带模型和改进模型算出的温度场分布可以看出由于自带模型的焦炭燃烧速率过快在接近煤粉喷口的地方温度就迅速达到1902K到接近炉膛出口由于煤粉已经基本燃尽不再释放热量温度下降到1079．7K。相比之下改进模型的焦炭燃烧稍慢但更加持久在炉膛中心最高温度也就1713．4K而接近炉膛出口时由于焦炭尚未燃尽尚可释放化学能温度为1117K比自带模型要高约40K。由此可见加入了灰层扩散阻力的新模型使焦炭整个燃烧过程变得匀速而持久。图6和图7分别为自带模型和改进模型的D层燃烧器横截面上的速度场。可以看到自带模型该截面上的最高速度为34．85m/s较改进模型的33．34m/s要大。这是由于自带模型焦炭燃烧较快局部气体温度更高(如图4和图5所示)所以剧烈的气体膨胀引起更高的气流速度。4结论为了考察改进模型的准确度对某1025t/h锅炉分别用自带焦炭燃烧模型和改进模型进行试算结果表明:(1)自带模型由于忽略了灰层对燃烧气体的扩散阻力求得的飞灰含碳量仅为0．1%改进模型求得的飞灰含碳量为3．1%与测试结果2．2%更为接近。可见改进模型修正了自带模型容易“完全燃尽”的弊端飞灰含碳量更加符合实际情况。(2)自带模型和改进模型求得的炉膛出口O2体积百分比分别为3．0%和3．3%与测试结果3．2%都比较接近误差在±10%范围内。(3)与自带模型相比改进模型预测的炉膛温度场分布更均匀炉膛中心最高温度较低而炉膛出口温度更高。作者：陈世和朱亚清罗嘉季俊杰单位：广东电网公司电力科学研究院上海开利研发中心