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用改進的焦碳模型研究煤粉鍋爐內的燃燒行為
用改進的焦碳模型研究煤粉鍋爐內的燃燒行為
用改進的焦碳模型研究煤粉鍋爐內的燃燒行為劉向軍徐旭常范宏麗21.北京科技大學熱能系,北京100083清華大學熱能系,北京100084角切向燃燒鍋爐爐膛內的燃燒行為。在計算中,將煤巖學對煤進行分類研究的思路引入燃燒學,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的未完全燃燒熱損失與實際情況相符。結果明,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的未燃燼率及出口處殘余熱量分布的非均勻性,進而將直接加重水平煙道處溫度熱量分布的左右偏差,導致超溫爆管。
溫爆管1引言角切向燃燒煤粉鍋爐是目前電力行業中廣泛采用的爐型,但對于200界以上的機組,此種爐型的鍋爐在運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,嚴重影響安全運行,造成極大的經濟損失。科學地分析超溫瀑管的原因,須詳細研究煤粉在爐膛內的燃燒行為。
用數值計算的方法研究煤粉的燃燒經歷,燃燒模型及燃燒反應動力學參數的選取至關重要,文對煤粉在角切向燃燒煤粉鍋爐爐膛內的燃燒行為進行了數值研究,在計算中,將煤巖學對煤進行分類研究的思路引入燃燒學,對不同煤巖類別的煤分別進行了研究。結果明,煤粉中的部分難燃組分在爐膛內未能燃燼;爐膛出口處顆粒的濃度存在較明顯的偏差,右側濃度較大,未燃成分較多。
這結論對深入研究進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步改進。文2經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,并總結出后了其關系曲線。文2的實驗結果說明采用常規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的實驗結果,本文對原有的焦碳燃燒模型進行了修正,進步研究了煤粉顆粒在角切向燃燒鍋爐內的燃燒行為。
2計算對象計算中所采用的爐膛結構爐膛尺寸為。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。次風的入流速度分別為21.61爪843.396爪已51.913爪巳,總風量為588 940爪3外冷風20,時。
燃用煤種為陽泉貧煤,噴煤量為5.0571空氣過剩系數為=1.1.
3數學模型與計算方法角切向燃燒鍋爐爐膛內的過程是個湍流兩相流動混合與燃燒的過程。本文進行模擬時,湍流模型米用加Richardnumber修正的ke雙方程模型,進行流場計算時,為減小偽擴散,選用與流動較致的網格體系,采用適用于任意網格體系的傳熱采用肘0加,8也法,氣相燃燒采用瓦丑。模型,煤粉揮發份的析出采用雙平行反應模型,殘碳細情況參文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的實驗結果相結合,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礦物質,碳的含量極少,因此在計算中,將碳全部歸為揮發分中,沒有焦碳的異相反應。
尺為通用氣體常數,了0為焦碳顆粒的溫度。
進行數值計算時將煤粉顆粒分成。,2960條軌道。
5計算結果與分析軌跡,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系時,7 1.60的煤40140,1在爐膛內均已燃燼,無不完全燃燒熱損失,而采用文2的結果后,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組惰性組礦物質文34的實驗結果,根據煤的顯微組成對煤進行分煤的顯微組分統計結果如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,其中中心線右側軌道數為54條,中心線左側軌道數為50條,右側顆粒數目略多,但由于不同角噴口噴出的煤粉在爐內運動軌道是不同的,般從水平煙道右側飛出的煤粉顆粒在爐膛內停留時間較短,顆粒中未燃成分更多,這就使得左右兩側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.進步的計算也明,在出口處,右側未燃燼焦炭的質量及其所含熱量大于左側。
布,由該可清楚看出,在水平煙道出口處,左右兩側未燃燼熱量存在較大的偏差,右側明顯高于左側,這結果與文1結果致,煤粉在角切向燃燒鍋爐爐膛內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,從而導致超溫爆管。另外,計算所得經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結論由上述結果分析,可得出以下結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的未完全燃燒熱損失與實際情況相符。
采用改進的焦炭燃燒模型,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運動軌道是不同的,般從水平煙道右側飛出的煤粉顆粒在爐膛內停留時間較短,顆粒中未燃成分多,這就使得左右兩側煤粉所帶未燃熱量相差加大。
在水平煙道出口處,左右兩側未燃燼熱量存在較大的偏差,右側明顯高于左側,煤粉在角切向燃燒鍋爐爐膛內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,從而導致超溫爆管。