煤泥燃燒過程-循環(huán)流化床燃燒煤泥

1、清華大學(xué)熱能工程系 2014年7月 1、引言、引言 煤泥的特點： （1）高水分 （2）高灰分 （3）低熱值 （4）輸送-燃燒 循環(huán)流化床鍋爐中煤泥的燃燒過程： （1）顆粒的干燥過程 （2）揮發(fā)分析出過程 （3）焦炭燃燒過程 不宜復(fù)雜處理 可靠性可靠性 伴隨碎裂，與加入位置、加熱條件有關(guān) 影響到顆粒的停留時間影響到顆粒的停留時間燃燒效率燃燒效率 顆粒的溫度歷程 顆粒流動顆粒流動 2.1 煤泥單顆粒的溫度煤泥單顆粒的溫度變化歷程變化歷程 n煤泥單顆粒干燥過程是一個傳熱傳質(zhì)耦合的復(fù)雜過程， 為了對于真實情況進(jìn)行模型化，需要進(jìn)行簡化假設(shè)。 n結(jié)構(gòu)假設(shè)：假設(shè)煤泥顆粒為各向同性的球體，水分均看作存在于多孔

2、介質(zhì) 中的水分。煤泥顆?？煽醋鲆粋€多孔介質(zhì)中半徑不斷收縮的液滴，其蒸發(fā) 界面因蒸發(fā)進(jìn)行而不斷內(nèi)移。 n傳熱傳質(zhì)假設(shè)：煤泥顆粒內(nèi)部的水蒸氣擴(kuò)散過程簡化為傳質(zhì)系數(shù)，水分在 顆粒內(nèi)部呈自由態(tài)，濕區(qū)內(nèi)部水分和溫度均勻分布。 顆粒溫度和濕度的變化 計算時，干區(qū)和煙氣、濕區(qū)和干區(qū)分 別發(fā)生傳熱傳質(zhì)過程，濕區(qū)小室干燥 完全后，變?yōu)楦蓞^(qū)，直至所有濕區(qū)全 部干燥完全 2.2 褐煤褐煤顆粒干燥過程的溫度歷程顆粒干燥過程的溫度歷程 分區(qū)模型 質(zhì)量守恒質(zhì)量守恒 組份守恒組份守恒 動量守恒動量守恒 能量守恒能量守恒 傳熱（干區(qū)）傳熱（干區(qū)） 傳熱（干區(qū)）傳熱（干區(qū)） 傳質(zhì)傳質(zhì) u m r kk kkk YY uYD r

3、r 1 N kkk k uup uY f rr 2 pp 11 NN kk Tkkkk kk YYTpT CrCQf rrrr 2 gpgppcoalpgppcoalgcoal 2 gp 1 k gkk k TTTT CCuCCr rrrr Y C r gggg ggggggg 2 () YYYY uDDm rrrrr 2 lplppcoallcoallcoal ()() 2 TTrT CCr rr 已發(fā)表一篇論文 3.1 顆粒的流動過程顆粒的流動過程 顆粒的流動過程與其進(jìn)入爐膛的位置、爐膛參數(shù)、循環(huán) 系統(tǒng)的性能有關(guān) 當(dāng)前煤泥摻燒的主要方式有： 煤泥烘干后與原煤混燒 底部噴射 煤泥頂部給料 中

4、部給入 對床層的擾動對床層的擾動 干燥脫粉干燥脫粉- -燃盡燃盡 3.2 煤泥顆粒爐內(nèi)流動過程的數(shù)學(xué)模型假設(shè)煤泥顆粒爐內(nèi)流動過程的數(shù)學(xué)模型假設(shè) 1.煤泥顆粒在下落過程中保持為各向同性的球形。 2.爐膛視為一維模型，煤泥顆粒在其中的參數(shù)為爐膛高度h。 3.假設(shè)煤泥顆粒在下落過程中受到的力為床層介質(zhì)的阻力與浮升力。 4.床層介質(zhì)的密度上低下高，由實驗數(shù)據(jù)參數(shù)給出。 5.煤泥顆粒下降過程中爐膛的溫度參數(shù)保持不變。 6.床層向煤泥顆粒的傳熱是使其蒸發(fā)的唯一熱源。 7.煤泥顆粒下落過程中不發(fā)生反應(yīng)，水分在顆粒中呈自由狀態(tài)。 3.3 煤泥顆粒爐內(nèi)流動過程的數(shù)學(xué)模型煤泥顆粒爐內(nèi)流動過程的數(shù)學(xué)模型 通過上述假

5、設(shè)，將煤泥在流化床煤泥顆粒的流動控制方程寫為下述形式： FD為顆粒的阻力系數(shù)， 顆粒在流動過程當(dāng)中的阻力系數(shù)考慮多相流動受阻沉降，根據(jù)李佑楚的結(jié) 論，顆粒在多相流動下的阻力系數(shù)為單顆粒在純氣相條件下的阻力系數(shù)的 修正值，修正系數(shù)項以孔隙率為參數(shù) 床內(nèi)介質(zhì)的密度由實驗給出 3.4 煤泥顆粒爐內(nèi)流動過程的數(shù)學(xué)模型煤泥顆粒爐內(nèi)流動過程的數(shù)學(xué)模型 3.5 煤泥顆粒爐內(nèi)流動過程的數(shù)學(xué)模型煤泥顆粒爐內(nèi)流動過程的數(shù)學(xué)模型 4.1 煤泥顆粒爐內(nèi)流動煤泥顆粒爐內(nèi)流動-干燥過程模擬結(jié)果干燥過程模擬結(jié)果 計算過程中通過計算不同的流化風(fēng)速、不同的顆粒粒徑、 不同的投煤口高度體現(xiàn)不同工況與物料條件下的干燥情況。 計算的

6、典型流化風(fēng)速為3m/s、4m/s、5m/s；顆粒粒徑為 100mm、500mm；對應(yīng)不同投煤泥方式的投煤口高度為 15m、35m、55m。 不同顆粒粒徑的煤泥在循環(huán)流化床中運動形式有著比較大 的差別，其決定了顆粒在流化床內(nèi)部的停留時間、與爐膛 內(nèi)部的多相流介質(zhì)的相對速度等與干燥過程直接相關(guān)的參 數(shù)，為了清晰描述不同粒徑顆粒的影響，將100mm、 500mm粒徑下顆粒所處高度與煤泥顆粒的速度之間的關(guān)系 示于如下各圖。 4.2 煤泥顆粒爐內(nèi)流動煤泥顆粒爐內(nèi)流動-干燥過程模擬結(jié)果干燥過程模擬結(jié)果 100mm顆粒 500mm顆粒 對床層的擾動很小對床層的擾動很小 水中的沉降水中的沉降 4.3 煤泥顆粒爐內(nèi)流動煤泥顆粒爐內(nèi)流動-干燥過程模擬結(jié)果干燥過程模擬結(jié)果 不同高度煤泥顆粒下落至布風(fēng)板時表層干燥層厚度（風(fēng)速5m/s） 項目高度/m 顆粒粒徑/mm 153555 mm 303.324.547.71 1002.363.145.86 2001.442.874.11 3001.362.213.68 5001.281.522.27 四、結(jié)論四、結(jié)論 基于縮核小室模型以及多相流動模型，采用數(shù)值方法對于煤泥顆粒的干 燥過程進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明： l煤泥顆粒的下降過程的運動與其原始顆粒的大小有關(guān)，細(xì)顆粒下落一 定高度后反響流動；中等顆粒下降到達(dá)某一