清华大学热能工程系 2014年7月,循环流化床中煤泥的燃烧过程分析,1、引言,煤泥的特点： （1）高水分 （2）高灰分 （3）低热值 （4）输送-燃烧 循环流化床锅炉中煤泥的燃烧过程： （1）颗粒的干燥过程 （2）挥发分析出过程 （3）焦炭燃烧过程,不宜复杂处理,可靠性,伴随碎裂，与加入位置、加热条件有关,影响到颗粒的停留时间,燃烧效率,颗粒的温度历程,颗粒流动,2.1 煤泥单颗粒的温度变化历程,煤泥单颗粒干燥过程是一个传热传质耦合的复杂过程，为了对于真实情况进行模型化，需要进行简化假设。 结构假设：假设煤泥颗粒为各向同性的球体，水分均看作存在于多孔介质中的水分。煤泥颗粒可看做一个多孔介质中半径不断收缩的液滴，其蒸发界面因蒸发进行而不断内移。 传热传质假设：煤泥颗粒内部的水蒸气扩散过程简化为传质系数，水分在颗粒内部呈自由态，湿区内部水分和温度均匀分布。,颗粒温度和湿度的变化,计算时，干区和烟气、湿区和干区分别发生传热传质过程，湿区小室干燥完全后，变为干区，直至所有湿区全部干燥完全,2.2 褐煤颗粒干燥过程的温度历程,分区模型,质量守恒 组份守恒 动量守恒 能量守恒 传热（干区） 传热（干区） 传质,已发表一篇论文,3.1 颗粒的流动过程,颗粒的流动过程与其进入炉膛的位置、炉膛参数、循环系统的性能有关 当前煤泥掺烧的主要方式有： 煤泥烘干后与原煤混烧 底部喷射 煤泥顶部给料 中部给入,对床层的扰动,干燥脱粉-燃尽,3.2 煤泥颗粒炉内流动过程的数学模型假设,煤泥颗粒在下落过程中保持为各向同性的球形。 炉膛视为一维模型，煤泥颗粒在其中的参数为炉膛高度h。 假设煤泥颗粒在下落过程中受到的力为床层介质的阻力与浮升力。 床层介质的密度上低下高，由实验数据参数给出。 煤泥颗粒下降过程中炉膛的温度参数保持不变。 床层向煤泥颗粒的传热是使其蒸发的唯一热源。 煤泥颗粒下落过程中不发生反应，水分在颗粒中呈自由状态。,3.3 煤泥颗粒炉内流动过程的数学模型,通过上述假设，将煤泥在流化床煤泥颗粒的流动控制方程写为下述形式： FD为颗粒的阻力系数，,颗粒在流动过程当中的阻力系数考虑多相流动受阻沉降，根据李佑楚的结论，颗粒在多相流动下的阻力系数为单颗粒在纯气相条件下的阻力系数的修正值，修正系数项以孔隙率为参数,床内介质的密度由实验给出,3.4 煤泥颗粒炉内流动过程的数学模型,3.5 煤泥颗粒炉内流动过程的数学模型,4.1 煤泥颗粒炉内流动-干燥过程模拟结果,计算过程中通过计算不同的流化风速、不同的颗粒粒径、不同的投煤口高度体现不同工况与物料条件下的干燥情况。 计算的典型流化风速为3m/s、4m/s、5m/s；颗粒粒径为100mm、500mm；对应不同投煤泥方式的投煤口高度为15m、35m、55m。 不同颗粒粒径的煤泥在循环流化床中运动形式有着比较大的差别，其决定了颗粒在流化床内部的停留时间、与炉膛内部的多相流介质的相对速度等与干燥过程直接相关的参数，为了清晰描述不同粒径颗粒的影响，将100mm、500mm粒径下颗粒所处高度与煤泥颗粒的速度之间的关系示于如下各图。,4.2 煤泥颗粒炉内流动-干燥过程模拟结果,100mm颗粒,500mm颗粒,对床层的扰动很小 水中的沉降,4.3 煤泥颗粒炉内流动-干燥过程模拟结果,不同高度煤泥颗粒下落至布风板时表层干燥层厚度（风速5m/s）,四、结论,基于缩核小室模型以及多相流动模型，采用数值方法对于煤泥颗粒的干燥过程进行了分析。研究结果表明： 煤泥颗粒的下降过程的运动与其原始颗粒的大小有关，细颗粒下落一定高度后反响流动；中等颗粒下降到达某一位置之后保持在该高度；大颗粒落到床层； 由于床内颗粒的浓度逐渐上升，大煤泥颗粒下落到下部时，速度衰减迅速，到达床层时比较小，不会对床层产生显著扰动； 能够到达底部的颗粒，到达床层时含水量仍然很高，仅仅表层干燥。,