燃煤鏈條鍋爐層燃機理與灰沉積的數(shù)值模型研究.pdf

1、我國工業(yè)鍋爐運行過程中，存在燃燒組織不合理的問題，導(dǎo)致熱效率低下。燃燒組織不合理問題主要歸因于工業(yè)鍋爐煤種多變，運行影響因素眾多，燃燒理論未能有效指導(dǎo)設(shè)計和運行。因此，以我國廣泛應(yīng)用的鏈條鍋爐為研究對象，針對其燃煤特點，對層燃理論進行深入的研究。
　　 首先，我國鏈條鍋爐煤種多變，燃燒特性差異大，因此研究不同煤種的床層燃燒特性和機理，建立煤種和各參數(shù)的匹配關(guān)系，合理組織燃燒。其次，我國鏈條鍋爐燃用高灰分煤種居多，著重研究灰分對鏈

2、條鍋爐燃燒的影響：床層中的焦炭顆粒被灰層包裹，燃盡困難，因此研究灰層有效擴散系數(shù)隨反應(yīng)的變化規(guī)律；爐膛中的飛灰沉積于受熱面，導(dǎo)致?lián)Q熱效率降低，因此建立一套適用于鏈條鍋爐的爐膛飛灰沉積預(yù)測方法。
　　 鏈條鍋爐層燃模型是研究床層燃燒機理的有效手段，為此，基于大顆粒煤燃燒特性，建立考慮床層下降的二維穩(wěn)態(tài)鏈條鍋爐層燃模型，通過床層高度控制方程求解床層高度沿爐排長度的變化，利用動網(wǎng)格技術(shù)實現(xiàn)床層高度的下降。結(jié)合我國鏈條鍋爐廣泛采用分層煤

3、斗的現(xiàn)狀，在單粒徑模型基礎(chǔ)上，建立了雙粒徑層燃模型，模擬不同粒徑的分層燃燒。
　　 為了驗證鏈條鍋爐層燃模型，搭建層燃單元體爐。實驗結(jié)果表明，兩維穩(wěn)態(tài)層燃模型可以較準(zhǔn)確的預(yù)測床層氣體組分分布，溫度分布以及灰渣含碳量。
　　 應(yīng)用所開發(fā)的鏈條鍋爐層燃數(shù)值模型，對床層燃燒特性和機理進行深入的研究。提取模擬結(jié)果得到不同煤種的水分析出鋒面、揮發(fā)分析出鋒面、焦炭氧化區(qū)、焦炭氣化區(qū)和灰渣區(qū)，并與經(jīng)典的床層分區(qū)方法進行對比。進一步對爐

4、拱、配風(fēng)方式、煤層厚度等影響床層燃燒的九個因素進行深入的機理分析，對每個因素的不同工況進行模擬，利用傳熱、傳質(zhì)和燃燒原理分析各個因素影響燃燒的作用機理。通過分析得到強化引燃、燃燒和燃盡的措施，并對一臺20t/h鏈條鍋爐的運行進行優(yōu)化，通過調(diào)整爐排速度、煤層厚度和配風(fēng)方式，有效降低了灰渣含碳量。
　　 床層中的灰分阻礙氣體擴散，降低反應(yīng)速率，因此本文重點研究床層顆粒的灰層有效擴散系數(shù)隨反應(yīng)的變化規(guī)律及其對燃燒的影響。搭建大顆粒熱重

5、實驗臺測量焦炭反應(yīng)速率，結(jié)合縮核模型間接得出有效擴散系數(shù)與灰層厚度之間符合指數(shù)變化規(guī)律。通過對灰層內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)的分析解釋煤種和溫度對有效擴散系數(shù)的影響。將灰層有效擴散系數(shù)的實驗擬合表達式應(yīng)用于整體層燃模型，實驗對比表明，改進后的模型可以得到更準(zhǔn)確的預(yù)測結(jié)果。進一步利用改進后的層燃模型分析縮核模型的三個阻力對燃燒的影響規(guī)律。
　　 爐膛中的飛灰沉積于受熱面影響換熱，因此建立飛灰沉積模型預(yù)測鏈條鍋爐的飛灰沉積位置和沉積量。首先通過層