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锅炉煤粉加热升温机理的数值模拟研究

刘国军  
【摘要】:本文建立了在锅炉炉内烟气对流加热和辐射加热状态下的煤粉颗粒群非稳态着火模型。重点研究了烟气流对于煤粉粒子的对流换热问题,不同的粒子颗粒直径下对流传热计算方法不同,尤其是对于小直径粒子来说烟气流对流加热的方法用传统的方法来计算存在很大的误差。 本文从烟气相对于小煤粉粒子为自由分子流或连续流中提出了一种新的计算方法,结合煤粉群物性参数以及外部加热条件得到计算表达式。当Knudsen 数大于0.001时烟气流相对于煤粉粒子来说非连续流,此时对流换热的计算必须重新考虑,从基于分子碰撞换热的机理出发,得到非连续流对于煤粉粒子的对流传热计算方法,同时适应于不同粒径的粒子换热计算。在辐射计算方面,根据不同容积尺寸的锅炉火焰厚度不同,当量黑度不同,提出了更适合炉膛情况的换热计算方法。在数值模拟中,模拟计算了煤粉粒子加热时的热解、挥发分的析出以及煤焦的非均相反应,研究了煤粉浓度、煤粉粒子粒径、挥发份含量、加热温度与加热时间以及粒子温度的关系。 研究表明,本模型较为准确的模拟了炉内煤粉粒子升温过程,对对流换热和辐射换热在着火热源中所占比重作出了计算分析。在计算中,对于10 微米以下粒子的对流换热本文计算方法更为准确,当粒子直径增大时逐渐与传统计算方法吻合,分析得知对流换热的比例在15%左右。模型能够较好的反映出煤粉粒子加热升温机理,为煤粉射流微元加热及着火提供了计算方法,给工业煤粉燃烧器的设计和锅炉优化燃烧提供了参考数据。


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