用改进的焦碳模型研究煤粉锅炉内的燃烧行为

用改进的焦碳模型研究煤粉锅炉内的燃烧行为

　用改进的焦碳模型研究煤粉锅炉内的燃烧行为刘向军徐旭常范宏丽21.北京科技大学热能系，北京100083清华大学热能系，北京100084角切向燃烧锅炉炉膛内的燃烧行为。在计算中，将煤岩学对煤进行分类研究的思路引入燃烧学，对不同煤岩类别在高温下石墨化对燃烧速率的影响。计算所得煤粉在锅炉内的未完全燃烧热损失与实际情况相符。结果明，由于煤焦在高温下迅速石墨化，燃烧速率降低，使原来部分非难燃大颗粒煤粉在开始燃烧后变成难燃性煤焦，从而加重了煤粉在炉膛内的未燃烬率及出口处残余热量分布的非均匀性，进而将直接加重水平烟道处温度热量分布的左右偏差，导致超温爆管。

　　温爆管1引言角切向燃烧煤粉锅炉是目前电力行业中广泛采用的炉型，但对于200界以上的机组，此种炉型的锅炉在运行中过热器再热器管壁因过热而引起的超温爆管问十分频繁，严重影响安全运行，造成极大的经济损失。科学地分析超温瀑管的原因，须详细研究煤粉在炉膛内的燃烧行为。

　　用数值计算的方法研究煤粉的燃烧经历，燃烧模型及燃烧反应动力学参数的选取至关重要，文对煤粉在角切向燃烧煤粉锅炉炉膛内的燃烧行为进行了数值研究，在计算中，将煤岩学对煤进行分类研究的思路引入燃烧学，对不同煤岩类别的煤分别进行了研究。结果明，煤粉中的部分难燃组分在炉膛内未能燃烬；炉膛出口处颗粒的浓度存在较明显的偏差，右侧浓度较大，未燃成分较多。

　　这结论对深入研究进而解决角切向燃烧煤粉锅炉的局部超温爆管问有重大的意义。但进步的计算明，采用文1所用的焦炭燃烧模型，在出口处，未燃烬热量为1615.474，占燃煤总热量的0.3，而般锅炉未完全燃烧热损失为2左右，计算结果与实际差别较大，这说明，文1中所用燃烧模型还有待于进步改进。文2经过大量的实验研究明，煤焦在高温下很短的时间迅速石墨化，焦碳的燃烧速率在燃烧过程中不断变化，越来越难燃，燃烧速率与其燃烬率成比例，并总结出后了其关系曲线。文2的实验结果说明采用常规的燃烧模型模拟煤粉的燃烧行为必然造成较大失真。

　　利用文2的实验结果，本文对原有的焦碳燃烧模型进行了修正，进步研究了煤粉颗粒在角切向燃烧锅炉内的燃烧行为。

　　2计算对象计算中所采用的炉膛结构炉膛尺寸为。60爪父13.60爪，高44.16爪，燃烧器段总高6.7，分上下2组角切向布置，人0角气流在炉膛中心形成5600的逆时针切园，8角气流在炉膛中心形成51200的逆时针切园。次风的入流速度分别为21.61爪843.396爪已51.913爪巳，总风量为588 940爪3外冷风20，时。

　　燃用煤种为阳泉贫煤，喷煤量为5.0571空气过剩系数为=1.1.

　　3数学模型与计算方法角切向燃烧锅炉炉膛内的过程是个湍流两相流动混合与燃烧的过程。本文进行模拟时，湍流模型米用加Richardnumber修正的ke双方程模型，进行流场计算时，为减小伪扩散，选用与流动较致的网格体系，采用适用于任意网格体系的传热采用肘0加，8也法，气相燃烧采用瓦丑。模型，煤粉挥发份的析出采用双平行反应模型，残碳细情况参文5.

　　4煤种的分类与燃烧模型将文34实验所得的焦炭的燃烧模型与文2的实验结果相结合，考虑煤焦在高温下迅速石墨化的影响，各比重段焦炭的燃烧速率为44289十1.00778，为焦炭的燃烬率。

　　对于71.855的煤，其成分中主要为无机矿物质，碳的含量极少，因此在计算中，将碳全部归为挥发分中，没有焦碳的异相反应。

　　尺为通用气体常数，了0为焦碳颗粒的温度。

　　进行数值计算时将煤粉颗粒分成。，2960条轨道。

　　5计算结果与分析轨迹，其中1为从炉顶向下看，从人丑，0角喷出的40140的煤的燃烧情况，2则是从右墙向左墙看，人角喷出的煤粉颗粒的燃烧情况。对比文1所得计算结果可看出，没有采用文2所得的焦炭的燃烧速率与燃烬率的关系时，7 1.60的煤40140，1在炉膛内均已燃烬，无不完全燃烧热损失，而采用文2的结果后，到焦炭燃烧后期，燃烬率增大，燃烧速率降低，部分大颗粒比重镜质组惰性组矿物质文34的实验结果，根据煤的显微组成对煤进行分煤的显微组分统计结果如1.

　　1计算中采用的煤种为阳泉煤与文1相同，采用下的迅速石墨化，原来部分非难燃性大颗粒煤粉在开始燃烧后变成难燃性煤焦。进步的计算明，71.60的煤在出口人人截面处有1量未燃烬，占全部煤粉所含热量的0.3.在计算燃烬就从水平烟道飞出，其中中心线右侧轨道数为54条，中心线左侧轨道数为50条，右侧颗粒数目略多，但由于不同角喷口喷出的煤粉在炉内运动轨道是不同的，般从水平烟道右侧飞出的煤粉颗粒在炉膛内停留时间较短，颗粒中未燃成分更多，这就使得左右两侧煤粉所带未燃热量相差更大。

　　出的煤粉颗粒的燃烧情况。1.6欠，1.855的煤也属难燃组份，其燃烧速率介于1.60的煤和1.6 1.65的煤之间。部分煤粉40140未能燃烬，出口人人截面处有7 001.899！的剩余热量被带出炉膛外，占全部煤粉所含热量的1.334.进步的计算也明，在出口处，右侧未燃烬焦炭的质量及其所含热量大于左侧。

　　布，由该可清楚看出，在水平烟道出口处，左右两侧未燃烬热量存在较大的偏差，右侧明显高于左侧，这结果与文1结果致，煤粉在角切向燃烧锅炉炉膛内的这燃烧特性将直接引起水平烟道处温度热量分布的左右偏差，从而导致超温爆管。另外，计算所得经人人截面的未燃烬总热量为为从炉膛顶部看A，B，C，D角喷出的煤粉颗结果与实际情况较相符。httpwww.cnki.net 14618.78以，占全部煤粉所含热量的2.785，这6结论由上述结果分析，可得出以下结论高温下石墨化对煤焦燃烧速率的影响，计算所得煤粉在锅炉内的未完全燃烧热损失与实际情况相符。

　　采用改进的焦炭燃烧模型，考虑了煤焦在使原来部分非难燃大颗粒煤粉在开始燃烧后也变成煤焦在高温下迅速石墨化，燃烧速率降低，难燃性煤焦，从而加重了煤粉在炉膛内的未燃烬率及出口处残余热量分布的非均，性。

　　不同角喷口喷出的煤粉在炉内运动轨道是不同的，般从水平烟道右侧飞出的煤粉颗粒在炉膛内停留时间较短，颗粒中未燃成分多，这就使得左右两侧煤粉所带未燃热量相差加大。

　　在水平烟道出口处，左右两侧未燃烬热量存在较大的偏差，右侧明显高于左侧，煤粉在角切向燃烧锅炉炉膛内的这燃烧特性将直接引起水平烟道处温度热量分布的左右偏差，从而导致超温爆管。