煤泥燃燒過程-循環(huán)流化床燃燒煤泥

清華大學(xué)熱能工程系2014年7月循環(huán)流化床中煤泥的燃燒過程分析1、引言煤泥的特點(diǎn)：（1）高水分（2）高灰分（3）低熱值（4）輸送-燃燒循環(huán)流化床鍋爐中煤泥的燃燒過程：（1）顆粒的干燥過程（2）揮發(fā)分析出過程（3）焦炭燃燒過程不宜復(fù)雜處理可靠性伴隨碎裂，與加入位置、加熱條件有關(guān)影響到顆粒的停留時(shí)間燃燒效率顆粒的溫度歷程顆粒流動2.1煤泥單顆粒的溫度變化歷程煤泥單顆粒干燥過程是一個(gè)傳熱傳質(zhì)耦合的復(fù)雜過程，為了對于真實(shí)情況進(jìn)行模型化，需要進(jìn)行簡化假設(shè)。結(jié)構(gòu)假設(shè)：假設(shè)煤泥顆粒為各向同性的球體，水分均看作存在于多孔介質(zhì)中的水分。煤泥顆?？煽醋鲆粋€(gè)多孔介質(zhì)中半徑不斷收縮的液滴，其蒸發(fā)界面因蒸發(fā)進(jìn)行而不斷內(nèi)移。傳熱傳質(zhì)假設(shè)：煤泥顆粒內(nèi)部的水蒸氣擴(kuò)散過程簡化為傳質(zhì)系數(shù)，水分在顆粒內(nèi)部呈自由態(tài)，濕區(qū)內(nèi)部水分和溫度均勻分布。顆粒溫度和濕度的變化計(jì)算時(shí)，干區(qū)和煙氣、濕區(qū)和干區(qū)分別發(fā)生傳熱傳質(zhì)過程，濕區(qū)小室干燥完全后，變?yōu)楦蓞^(qū)，直至所有濕區(qū)全部干燥完全2.2褐煤顆粒干燥過程的溫度歷程分區(qū)模型質(zhì)量守恒組份守恒動量守恒能量守恒傳熱（干區(qū)）傳熱（干區(qū)）傳質(zhì)已發(fā)表一篇論文3.1顆粒的流動過程顆粒的流動過程與其進(jìn)入爐膛的位置、爐膛參數(shù)、循環(huán)系統(tǒng)的性能有關(guān)當(dāng)前煤泥摻燒的主要方式有：煤泥烘干后與原煤混燒

底部噴射煤泥頂部給料

中部給入對床層的擾動干燥脫粉-燃盡3.2煤泥顆粒爐內(nèi)流動過程的數(shù)學(xué)模型假設(shè)煤泥顆粒在下落過程中保持為各向同性的球形。爐膛視為一維模型，煤泥顆粒在其中的參數(shù)為爐膛高度h。假設(shè)煤泥顆粒在下落過程中受到的力為床層介質(zhì)的阻力與浮升力。床層介質(zhì)的密度上低下高，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)參數(shù)給出。煤泥顆粒下降過程中爐膛的溫度參數(shù)保持不變。床層向煤泥顆粒的傳熱是使其蒸發(fā)的唯一熱源。煤泥顆粒下落過程中不發(fā)生反應(yīng)，水分在顆粒中呈自由狀態(tài)。3.3煤泥顆粒爐內(nèi)流動過程的數(shù)學(xué)模型通過上述假設(shè)，將煤泥在流化床煤泥顆粒的流動控制方程寫為下述形式：

FD為顆粒的阻力系數(shù)，顆粒在流動過程當(dāng)中的阻力系數(shù)考慮多相流動受阻沉降，根據(jù)李佑楚的結(jié)論，顆粒在多相流動下的阻力系數(shù)為單顆粒在純氣相條件下的阻力系數(shù)的修正值，修正系數(shù)項(xiàng)以孔隙率為參數(shù)床內(nèi)介質(zhì)的密度由實(shí)驗(yàn)給出3.4煤泥顆粒爐內(nèi)流動過程的數(shù)學(xué)模型3.5煤泥顆粒爐內(nèi)流動過程的數(shù)學(xué)模型4.1煤泥顆粒爐內(nèi)流動-干燥過程模擬結(jié)果計(jì)算過程中通過計(jì)算不同的流化風(fēng)速、不同的顆粒粒徑、不同的投煤口高度體現(xiàn)不同工況與物料條件下的干燥情況。計(jì)算的典型流化風(fēng)速為3m/s、4m/s、5m/s；顆粒粒徑為100mm、500mm；對應(yīng)不同投煤泥方式的投煤口高度為15m、35m、55m。

不同顆粒粒徑的煤泥在循環(huán)流化床中運(yùn)動形式有著比較大的差別，其決定了顆粒在流化床內(nèi)部的停留時(shí)間、與爐膛內(nèi)部的多相流介質(zhì)的相對速度等與干燥過程直接相關(guān)的參數(shù)，為了清晰描述不同粒徑顆粒的影響，將100mm、500mm粒徑下顆粒所處高度與煤泥顆粒的速度之間的關(guān)系示于如下各圖。4.2煤泥顆粒爐內(nèi)流動-干燥過程模擬結(jié)果100mm顆粒500mm顆粒對床層的擾動很小水中的沉降4.3煤泥顆粒爐內(nèi)流動-干燥過程模擬結(jié)果不同高度煤泥顆粒下落至布風(fēng)板時(shí)表層干燥層厚度（風(fēng)速5m/s）項(xiàng)目高度/m顆粒粒徑/mm153555mm303.324.547.711002.363.145.862001.442.874.113001.362.213.685001.281.522.27四、結(jié)論基于縮核小室模型以及多相流動模型，采用數(shù)值方法對于煤泥顆粒的干燥過程進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明：煤泥顆粒的下降過程的運(yùn)動與其原始顆粒的大小有關(guān)，細(xì)顆粒下落一定高度后反響流動；中等顆粒下降到達(dá)某一位置之后保持在該高度；大顆粒落到床層