循环流化床锅炉粉煤灰焦炭燃烧特性研究

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1、循环流化床锅炉粉煤灰焦炭燃烧特性研究摘要：本文建立的数学模型是单一的焦炭颗粒燃烧循环流化床（CFB）锅炉。在循环流化床锅炉的操作条件及其数值解验证的一种现象，即炭颗粒飞灰中的碳含量的分布具有与它们的直径的峰值的性质。结果表明，优良的焦炭颗粒的温度接近的床温，烧出的时间与它们的直径的炭颗粒，还存在一个峰值。提出了以提高燃烧的炭颗粒的对策，如所使用的飞灰再循环和热旋风。关键词：循环流化床;字符;粉煤灰;燃烧一、引言循环流化床（CFB）燃烧技术已被广泛用于在中国，由于其众多的优点，例如，不同的低级燃料燃烧。然而，操作的通用性的问题是，飞灰中的碳含量

2、大大高于一般预期[1，2]。在由众多的CFB锅炉飞灰取样分析时，一个特别有趣的现象观察，炭颗粒飞灰中的碳含量的分布具有与它们的直径（图1）的峰值。这表明，有一些炭颗粒具有一定的直径，这是不容易烧坏循环流化床锅炉。这种普遍现象，成为循环流化床锅炉设计人员关注的一个关键点。因此，为了提高循环流化床锅炉的性能，炭颗粒在循环流化床锅炉燃烧过程中需要深入研究。到目前为止，许多关于循环流化床燃烧的论文已经发表。Lee等人，设立一个一维数学模型来预测煤在循环流化床锅炉的燃烧行为[3]。通过实验萧研究循环流化床锅炉飞灰含碳量[4]，Remiarova等人，还

3、开发了一种伪稳态假设下的一个单一的多孔炭颗粒的燃烧模型[5]。通过碎片，卡洛斯[6]和张等人，[7]研究了焦炭颗粒在流化床燃烧特性。然而，这些研究没有解释上述现象。因此，飞灰中的炭颗粒的燃烧特性的建模，以找出上述的普遍现象的物理本质，并采取措施，以提高燃烧的炭颗粒。图1飞灰中的碳含量分布二、对于char的数学模型粒子燃烧可以根据内在孔隙反应的机制焦炭颗粒燃烧设置几种燃烧模型[8，9]。模型1单粒子密度不变的核心萎缩模型：这个模型只考虑了表面上的焦炭颗粒，也就是说，碳和氧直接反应的主要反应，它假定粒子的密度是恒定的，它的直径在焦炭燃烧中逐渐减小

4、。这种模式是适合高品位燃料，具有低灰分。型号2-单粒子，直径恒定的核心萎缩模型：这个模型还认为其燃烧过程中形成的主要反应和灰壳。通过灰壳的扩散阻力大大影响焦炭燃烧。灰壳的磨损速率可以忽略不计，因为它是远低于焦炭颗粒的燃烧速度。这种模式是适合高含灰量的低档燃料。模型3单粒子，直径恒定的核心模型考虑辐射传热萎缩：2型的基础上，这种模式需要考虑到辐射粒子和炉壁之间的热交换。因此，这种模式进一步接近真正的焦炭颗粒燃烧。在下面的分析中，单个粒子，恒定直径的芯收缩模型考虑辐射传热，也就是模型3的CFB锅炉，高含灰量的低级燃料燃烧的操作条件的基础上通过。采

5、用以下假设[10，11]：1）发生燃烧反应的焦炭颗粒的表面上，将反应界面连续地移动过程中的燃烧颗粒的核心，灰壳形成的核心外，它的直径是相同的原焦炭颗粒。2）颗粒流在炉中夹带的气体具有一定的滑动速度。3）燃烧反应是一级反应过程，没有颗粒内部的温度梯度，没有内部发生粒子的固有孔隙度，燃烧反应被忽略。4）式（1）表示，内部的氧的扩散阻力体现的是灰壳的电阻。（1）（1）中，DE：扩散系数考虑阻力灰壳（平方米/秒）FN：系数（2）厚度灰壳（米）D：扩散系数（平方米/秒）（3）D0：大量氧气的扩散速率在273K燃气（平方米/秒）（4）5）焓焦炭颗粒是由化

6、学反应释放的热量的平衡，颗粒和气体之间的对流热传递，和之间的颗粒和炉壁的辐射热交换。此模型的数学描述如下：热平衡方程（5）CO2：氧气浓度在273K和760毫米汞柱（kg/m3的）CP：焦炭颗粒的比热容（J/公斤K）Ke：有效反应速率常数的值取决于动能和扩散组件（米/秒）（6）DP：颗粒直径（m）E：活化能（J/摩尔）K0：反应频率因子（M/S）Nu：努塞尔特号R：通用气体常数（J/摩尔K表）QL：产生的热量（焦耳/公斤）S：具体的焦炭颗粒表面（平方米/公斤）TP：粒子温度（K）T：时间（s）ａp:流换热系数（J/m2K）化学当量系数焦炭颗粒

7、发射率Stefan-Boltzmann常数（W/M2K4）辐射系数在（5）的左边项代表焦炭颗粒的焓变，然后在右边的三个术语分别代表的化学反应所放出的热，对流的粒子和气体之间的热传递，和粒子之间的辐射热交换和炉墙上。质量守恒方程（7）（7）粒密度（kg/m3）的。3）流动的方程为了简化分析，焦炭颗粒的附聚被忽略。因此，单个粒子的终端速度的代表之间的气体和焦炭颗粒的滑动速度。（8）（9）（8），（9），Vt：终端速度（米/秒）Pg:气体密度（kg/m3）U:动态粘度（公斤/MS）（8）和（9）分别用于雷诺数Re<500和Re>500。

8、相应地，（10）（11）然后在炉内焦炭颗粒的停留时间是：（12）（12）中，VF：表面气体速度（米/秒）HBED：床的高度（m）在循环流化床锅炉提高回收分离的操作条