燃煤鏈條鍋爐層燃機(jī)理與灰沉積的數(shù)值模型研究.pdf

1、我國(guó)工業(yè)鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，存在燃燒組織不合理的問(wèn)題，導(dǎo)致熱效率低下。燃燒組織不合理問(wèn)題主要?dú)w因于工業(yè)鍋爐煤種多變，運(yùn)行影響因素眾多，燃燒理論未能有效指導(dǎo)設(shè)計(jì)和運(yùn)行。因此，以我國(guó)廣泛應(yīng)用的鏈條鍋爐為研究對(duì)象，針對(duì)其燃煤特點(diǎn)，對(duì)層燃理論進(jìn)行深入的研究。
　　 首先，我國(guó)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(jī)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(guó)鏈條鍋爐燃用高灰分煤種居多，著重研究灰分對(duì)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(kuò)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(cè)方法。
　　 鏈條鍋爐層燃模型是研究床層燃燒機(jī)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(guò)床層高度控制方程求解床層高度沿爐排長(zhǎng)度的變化，利用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)實(shí)現(xiàn)床層高度的下降。結(jié)合我國(guó)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(yàn)證鏈條鍋爐層燃模型，搭建層燃單元體爐。實(shí)驗(yàn)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(cè)床層氣體組分分布，溫度分布以及灰渣含碳量。
　　 應(yīng)用所開(kāi)發(fā)的鏈條鍋爐層燃數(shù)值模型，對(duì)床層燃燒特性和機(jī)理進(jìn)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(jìn)行對(duì)比。進(jìn)一步對(duì)爐

4、拱、配風(fēng)方式、煤層厚度等影響床層燃燒的九個(gè)因素進(jìn)行深入的機(jī)理分析，對(duì)每個(gè)因素的不同工況進(jìn)行模擬，利用傳熱、傳質(zhì)和燃燒原理分析各個(gè)因素影響燃燒的作用機(jī)理。通過(guò)分析得到強(qiáng)化引燃、燃燒和燃盡的措施，并對(duì)一臺(tái)20t/h鏈條鍋爐的運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)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(kuò)散，降低反應(yīng)速率，因此本文重點(diǎn)研究床層顆粒的灰層有效擴(kuò)散系數(shù)隨反應(yīng)的變化規(guī)律及其對(duì)燃燒的影響。搭建大顆粒熱重

5、實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)量焦炭反應(yīng)速率，結(jié)合縮核模型間接得出有效擴(kuò)散系數(shù)與灰層厚度之間符合指數(shù)變化規(guī)律。通過(guò)對(duì)灰層內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)的分析解釋煤種和溫度對(duì)有效擴(kuò)散系數(shù)的影響。將灰層有效擴(kuò)散系數(shù)的實(shí)驗(yàn)擬合表達(dá)式應(yīng)用于整體層燃模型，實(shí)驗(yàn)對(duì)比表明，改進(jìn)后的模型可以得到更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)結(jié)果。進(jìn)一步利用改進(jìn)后的層燃模型分析縮核模型的三個(gè)阻力對(duì)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(cè)鏈條鍋爐的飛灰沉積位置和沉積量。首先通過(guò)層