煤粉颗粒团燃烧过程的数值模拟.pdf

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1、第19卷第3期矿冶Vo1．19，No．32010年9月MINING＆METALLURGYSeptember2010文章编号：1005—7854(2010)O3～0045一O4煤粉颗粒团燃烧过程的数值模拟刘向军，林超(北京科技大学热能系，北京100083)摘要：煤粉的燃烧在工程实际中很多情况下都是聚团燃烧，颗粒内部传热传质机理复杂。本文根据多孔介质的传热传质学理论，引入对流项，建立了气流场中煤粉团燃烧的三维数学模型，并对不同孔隙率的煤粉团的燃烧过程进行了对比计算，计算结果合理，揭示了孔隙率对煤粉团着火燃烧的影响，为深入研究煤粉团燃烧特性打下基础。关键词：煤粉颗粒团；燃烧；

2、数值模拟中图分类号：TK16文献标识码：ANUMERICALSIMULATION0FTHEC0ALCLUSTERCOMBUST10NPROCESSLIUXiang-jun，LINChao(ThermalEngineeringDepartment，UniversityofScience&TechnologyBeng，BeijinglO0083，China)ABSTRACT：Mostofthecoal—gascombustionprocessactinginadenseparticle-gastwo—phaseflowfieldiscoalclustercombustion

3、，whichisdifferentfromthatofasinglecoal—particlecombustionbecauseofthecomplexinner—clusterheatandmasstransfer．Inthispaper，a3Dmathematicalmodelofacoalclustercombustioninhotairflow，whichbasedontheheatandmassconservationlawofporousmedia，isestablished．Thegoverningequationsin—cludeheattransfer

4、equationandgastransferequation．Thedetailedbeating—upandcombustionprocessesofacoalclusterareobtainedandtheeffectsoftheporosityarealsoanalysed．Alltheseresultsarereasonableandoffertheo—reticalbasesforfutherstudyingthecombustionprocessofcoal—clusters．KEYWoRDS：coalcluster；combustion；numerical

5、simulation煤粉的燃烧过程属气固两相反应过程，局部颗般平均在几十到上百微米左右，颗粒之间有气流流粒的浓度决定局部煤粉的燃烧状态。对于稀疏悬浮过，颗粒团内温度浓度分布不均匀，存在温度、浓度两相流，如锅炉炉膛内的大部分区域，煤粉处于单梯度，因而煤粉颗粒团内的燃烧机理和其燃烧行为颗粒燃烧状态，其燃烧行为目前已有了较为成熟的包括传热升温、水分蒸发、着火、挥发分析出、碳粒的认识⋯。但在工程实际问题中，很多情况下反应器燃烧及污染物的排放等各个过程与单颗粒状态的煤内整体或局部颗粒浓度大，如在循环流化床中、锅炉粉的燃烧行为不同。建立煤粉颗粒团的燃烧模型，的近壁区以及燃烧器出口等

6、区域，颗粒浓度通常较对煤燃烧技术的发展具有重要意义。大，煤粉在复杂的相互作用下聚集成团¨。煤粉的本文考虑内部流动对煤粉团升温、传热传质的燃烧主要表现为煤粉颗粒团的燃烧，而不是单个煤影响，根据多孔介质的传热传质学理论，引入对流粉颗粒的燃烧反应。研究表明，常见的颗粒团一般项，建立了气流场中煤粉团燃烧的三维数学模型，对直径小于1cm，煤粉团内煤粉颗粒之间的间距一煤粉团的燃烧过程进行数值计算，并对比计算了不同孔隙率条件下煤粉团的升温燃烧，揭示了煤粉团收稿日期：2010—04—28作者简介：刘向军，博士，教授，长期从事流动与燃烧过程的基的着火燃烧特性。础研究。矿冶塑l研究对象与基

7、本假设=A＼(+三rOr+r絮O0+／-00+ar‘‘‘sin0102T如图1，以气流流场为一煤粉团示意图。以由]Q(1)：a∞单颗粒组成的内部颗粒均匀分布的煤粉团为研究对气体组分(氧气、二氧化碳、挥发份)的方程：象，假设颗粒团为标准球型，忽略水分的影响，煤粉OZifOZto口OZ组分为灰分、挥发分以及固定碳，假设燃烧过程中煤一¨+．+。OZi1J密度不变，体积不变。坚¨llII=占。fIOz+Or+‘孥O0z+rzsinOO0+rrr等式中：C和C分别是煤和空气的比热容，kJ／(m·K)；A为煤的热导率，w／(m·K)；为煤堆的孑L隙率