高溫條件下焦炭反應(yīng)特性實(shí)驗(yàn)研究及層燃數(shù)值模擬.pdf

1、我國(guó)能源結(jié)構(gòu)以煤為主，工業(yè)鍋爐每年消耗原煤約5億噸，是僅次于燃煤電廠的第二大耗煤大戶，本文的研究對(duì)象針對(duì)量大面廣的燃煤鏈條爐排鍋爐。我國(guó)鏈條爐排鍋爐燃用煤種復(fù)雜，特別是鏈條爐排鍋爐層燃的燃燒方式本身較為復(fù)雜，加之長(zhǎng)期以來(lái)得不到足夠的重視，缺乏系統(tǒng)深入的研究，導(dǎo)致設(shè)計(jì)和運(yùn)行水平都比較落后，運(yùn)行效率低下的問(wèn)題十分突出。
　　針對(duì)鏈條爐排鍋爐焦炭在高溫床層環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間停留反應(yīng)性變差不易燃盡的特點(diǎn)，對(duì)高溫條件下焦炭反應(yīng)性變化規(guī)律進(jìn)行了深入

2、的研究，對(duì)包括煤種、溫度、停留時(shí)間以及焦炭灰分中的礦物質(zhì)成分相互作用等影響焦炭反應(yīng)性的主要因素進(jìn)行了比較分析，并從焦炭微觀晶體結(jié)構(gòu)的角度對(duì)高溫下焦炭反應(yīng)性發(fā)生變化的機(jī)理原因進(jìn)行了解釋。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明焦炭反應(yīng)性會(huì)隨著溫度的升高、停留時(shí)間的增加而下降，煤中的礦物質(zhì)在較低的反應(yīng)溫度下對(duì)焦炭燃燒反應(yīng)起到催化作用，但是隨著溫度的升高催化作用會(huì)逐漸減小。導(dǎo)致高溫條件下焦炭反應(yīng)性發(fā)生變化的主要機(jī)理原因在于焦炭晶體結(jié)構(gòu)在高溫下趨于規(guī)則化。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)焦

3、炭反應(yīng)性的變化規(guī)律建立計(jì)算模型，為層燃數(shù)值計(jì)算提供依據(jù)。
　　針對(duì)層燃中后期焦炭顆粒的灰層擴(kuò)散阻力是影響焦炭燃燒速率的主要因素之一，搭建了大顆粒煤燃燒熱重實(shí)驗(yàn)臺(tái)，并對(duì)典型煤種的焦炭反應(yīng)速率、灰層厚度隨反應(yīng)時(shí)間的變化規(guī)律進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明不同煤種的灰層有效擴(kuò)散系數(shù)均隨反應(yīng)進(jìn)行呈下降趨勢(shì)，且與灰層厚度之間符合指數(shù)關(guān)系，說(shuō)明在大顆粒焦炭的燃燒過(guò)程中，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，燃燒后期空氣穿透灰層的阻力會(huì)不斷增大，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以計(jì)算出不同煤

4、種的灰層擴(kuò)散阻力系數(shù)，為層燃模型考慮灰層擴(kuò)散系數(shù)的變化提供計(jì)算依據(jù)。
　　建立層燃數(shù)值模型是研究層燃特性的有效手段，基于大顆粒煤的燃燒特性，根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果，建立了考慮焦炭反應(yīng)性下降和灰層阻力擴(kuò)散系數(shù)變化的二維穩(wěn)態(tài)層燃模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃煤鏈條爐排鍋爐燃燒的數(shù)值模擬。為了校驗(yàn)層燃模型計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，搭建了層燃單元體爐實(shí)驗(yàn)臺(tái)模擬鏈條爐排鍋爐的燃燒工況。通過(guò)層燃實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，進(jìn)一步分析了床層燃燒的過(guò)程與特點(diǎn)以及對(duì)焦炭反應(yīng)性的影響。

5、在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，以單元體爐為對(duì)象進(jìn)行建模計(jì)算，并將單元體爐層燃實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與層燃模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較分析，驗(yàn)證了層燃模型計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。層燃模型能很好地體現(xiàn)焦炭在床層燃燒過(guò)程中反應(yīng)性以及灰層擴(kuò)散阻力系數(shù)的變化特性。應(yīng)用層燃模型對(duì)配風(fēng)方式、顆粒大小以及床層高度這三個(gè)床層燃燒的主要影響因素進(jìn)行了比較分析，為實(shí)際鏈條鍋爐的優(yōu)化運(yùn)行提供了理論指導(dǎo)。
　　最后，針對(duì)一臺(tái)20 t/h典型燃煤鏈條爐排鍋爐的煤層表面氣氛進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和建模