煤粉燃烧过程的数值模拟
Ryoichi Kurose
京都大学
高级研究院流体科学与工程学院机械工程与科学系
Hiroaki Watanabe and Hisao Makino
中央研究所的电力行业能源工程研究实验室
摘要
煤炭是一种能够满足电力进一步需求的重要能源资源，而且煤炭比其他化石燃料的储量丰富得多。在燃煤发电厂，改善对环境污染物如NOx,SOx及包括未燃尽的碳粒在内的灰粒的含量的控制技术十分重要。随着计算机性能的显着提高，人们强烈希望计算流体动力学（CFD）成为一种工具，成为一种研发和设计这种合适的煤粉燃烧的燃烧炉膛和燃烧器的工具。这次审查的重点是突出我们的CFD 研究的最新进展，即煤粉在燃烧中的平均雷诺数纳维斯托克斯（RANS）的模拟和大涡模拟（LES）的最新进展，及未来的一些前景。
关键词：煤粉燃烧，数值模拟，平均雷诺数纳维斯托克斯模拟，大涡模拟1．介绍
煤炭是一种能够满足电力进一步需求的重要能源资源，而且煤炭比其他化石燃料的储量丰富得多。在燃煤发电厂，改善对环境污染物如NOx,SOx及包括未燃尽的碳粒在内的灰粒的含量的控制技术十分重要。为了实现这些目标和要求，了解煤粉燃烧机理和先进的燃烧技术的发展十分必要。然而，由于煤粉燃烧是一个非常复杂的现象，其中最高的火焰温度超过1500℃，以及某些物质难以进行测量，如一些原子团种类和一些高活性固体颗粒，因此在燃烧过程中的煤粉燃烧机理至今没有得到很好的解释。而且由于研发过程包含许多步骤，因此，新的燃烧炉膛和燃烧器的发展需要较高的成本和较长的时间。
随着计算机性能的显著提升，煤粉燃烧领域的计算流体动力学正在被研发。在这种方法中，电脑解决了燃烧领域的控制方程式，这使它能够提供温度和化学物质种类分布的详细信息和在整个燃烧空间中煤粉颗粒的行为，而上述那些通过实验是不能得到的。此外，此种方法有助于在相对较低的成本条件下重复审查任意条件下的煤粉的流场和各种参数。因此，强烈地希望计算流体动力学（CFD）能够成为燃烧炉炉膛和燃烧器研发和设计的一种工具。
直接数值模拟（DNS），大涡模拟（LES）和平均雷诺纳维斯托克斯模拟（RANS）是有关湍流模型中燃烧领域中的典型的计算流体动力学（CFD）方法。直接数值模拟（DNS），它能通过在这些领域中设置低于最小漩涡的数值网格空间来直接解决流场、化学物质的浓度和温度的控制方程，在上述提及的方法中，它具有最高的数值精确度。虽然它能有效地应用于基础研究，但是它在实际水平的燃烧领域应用却很难，因为它需要设置大量网格点和高负荷计算的计算机。相反，平均雷诺纳维斯托克斯模拟（RANS）在实际应用中最常用。因为这种方法通过在时间和置换雷诺切应力加以平均解决了控制方程和湍流标量通量的湍流模型。它可以大大减少网格点的数量和计算机负载。然而，平均雷诺纳维斯托克斯模拟有几个问题，如湍流模型的选择和其中包含的参数值的确定的困难，以及在预测不稳定的湍流运动中存在一定的劣势。因此，最近大涡模拟收到了重视，这种方法直接解决了较大旋流的控制方程，剩余的小漩涡使用模型计算。这是一种空间平均法，它具有一定的优势，即对不稳定的湍流运动进行了评估和模型中包含的参数数量减少了。与平均雷诺纳维斯托克斯模拟相比，尽管大涡模拟（LES）对计算机有较高的负荷，但是如果考虑到计算机性能的改进取得进展，但是很可能在不久的将来LES会被应用到实际领域中。
这次审查的重点是突出我们的CFD研究的最新进展，即煤粉在燃烧中的平均雷诺数纳维斯托克斯（RANS）的模拟和大涡模拟（LES）的最新进展，及未来的一些前景。在第2部分中，介绍了和现在数值模拟有关的煤粉燃烧试验炉膛和燃烧器以及煤粉燃烧锅炉的简明概念。一些LES和RANS数值模拟结果分别显示在第3部分和第4部分。最后，本次审查在第5部分下结论。
2．燃煤电站锅炉和基本测试实验设施及其数值模拟在这次审查中，主要关注的燃煤锅炉的燃烧场数值模拟。锅炉是一个将热量转化为蒸汽热能的系统。在通常的煤粉燃烧锅炉中，煤粉由安装的燃烧器提供，它安装在垂直方向的三个位置，如图1所示。锅炉的燃烧器的数量为10-40个，每个燃烧器的给煤率最多为10吨/小时。根据燃烧系统的不同，电站锅炉一般分为两类：即相对布置在前墙和后墙的燃烧器的锅炉（见图1）和布置在锅炉的四个角的四角切圆燃烧器的锅炉。对于这些锅炉，相对于了解水平方向的火焰相互影响而言，了解垂直方向的火焰相互影响更为重要，因为火焰弯曲向上的主流和垂直方向的浮力使得火焰之间彼此影响。
为了从根本上研究火焰相互作用，中央电力行业研究所（CRIEPI）采用多燃烧器的煤粉燃烧试验炉膛，在Yokosuka实验室的试验炉中，垂直方向安装有
三个燃烧器，每个燃烧器具有约100千克/小时的燃烧能力，如图2所示。多燃烧器炉膛紧挨着烟气处理装置，比如选择性催化脱硝装置，静电除尘装置，石膏石灰石湿式脱硫装置，这很类似电站锅炉。此炉的高度，水平宽度，深度分别为11米，0.9 米和1.9米。助燃空气通过燃烧器和分级布置的风口注入炉内，风口位于从燃烧平台至其以下2米的范围内。此外，日本电力工业中央研究所的Yokosuka研究实验室也采用单燃烧器的燃煤试验炉（见图3），以进一步了解单一火焰的详细结构。煤燃烧容量大约为100千克/小时。单燃烧器锅炉是一个圆柱形锅炉，煤粉燃烧的火焰不弯曲且不相互扰动，从而可以检测其燃烧过程。该炉的直径为0.85米，长度为8米。助然空气通过燃烧器和分级布置在燃烧器以下3米范围内的风口注入炉内。通过比较这两个试验炉之间的燃烧特性，希望获得在设计和运行实际电站锅炉方面有用的信息。
安装在上述试验炉中的燃烧器是日本电力工业中央研究所高级低污染高性能燃烧器（CI-α），它的燃煤能力大约为100千克/小时。燃煤和一次风共同送入炉膛，二次风和三次风通过一次风的周围边界供应。日本电力工业中央研究所高级低污染高性能燃烧器（CI-α）是这样设计的，它通过一次风的直接运动和二三次风的旋转运动（见图4）而产生的再循环流动来促进燃烧器区域的混合。再循环流动延长了煤粉颗粒在燃烧器出口附近高温区域的停留时间，并且加速了挥发分物质的演变和焦炭反应的进程。因此，有效地减少了飞灰中未燃尽碳的数量，但是在这个区域中氮氧化物的浓度也增加了。在再循环区域之后存在着减小的火焰，然后氮氧化物立即减少变为氮气。而且，分级燃烧的方法促进了氮氧化物的减少效果，在这种方法中，一些和燃烧器分开的燃烧空气通过安装在炉膛后部的注射风口供应。有关日本电力工业中央研究所高级低污染高性能燃烧器（CI-α）和其性能的详细描述能够在我们以前的报纸中找到。
4．3燃煤领域的挑战
最近，在带有CI-α燃烧器的单一燃烧器炉膛中，大涡模拟（LES）已经应用到实际的燃煤领域中。
图21显示了在流动方向的平面上瞬时轴向速度，燃气温度和氧气浓度的预测分布。能观察到在靠近燃烧器的中央区域形成了旋转的再循环流动及它的大小和动态特性随时间的变化。同时，这种不稳定流动行为强烈影响了点火特性。图22显示了平均时间烟气温度和氧气浓度的轴向分布在计算和实验中的比较。定性预测分布和实验结果一致。因此，不像平均雷诺数纳维斯托克斯（RANS）模拟，大涡模拟（LES）能够精确地捕捉这种不稳定燃烧流运动，它的这种特性具
有极大地提高数值精确度的可能。此外，大涡模拟（LES）较之于平均雷诺数纳维斯托克斯（RANS）模拟有一个优点，就是它的模型参数数量较少。然而，对于燃煤锅炉的大涡模拟（LES），仍然存在着困难的挑战，就是它不但涉及湍流燃烧的数学模拟和污染物的排放，而且涉及计算成本。
5．结论
在此综述中，有关平均雷诺数纳维斯托克斯（RANS）模拟和大涡模拟（LES）的煤粉燃烧计算流体动力学最新进展得到了讨论。可以这样说，有关流场的预测，大涡模拟（LES）比平均雷诺数纳维斯托克斯（RANS）模拟更有优势，因此，大涡模拟（LES）希望在不久的未来成为新燃烧炉膛和燃烧器的发展和设计的有用工具。然而，煤粉的燃烧时一个复杂的现象，在这种过程中包括各式各样的过程，比如煤粉的液化，挥发分物质的燃烧，在颗粒表面的燃烧，以及在气流中煤粉的分散行为及他们之间的相互作用。因此，煤粉燃烧行为还没有被完全理解和模仿。尤其是最近煤的液化模型能够强烈地影响数值的精确度。湍流燃烧模型的提高也是必须的。更为复杂的湍流燃烧模型，在这种模型中，小火焰单元模型等详细作用信息应当被考虑，它常用来气态的和喷雾液体的燃烧，这种模型是可取的。此外，大涡模拟（LES）的更大更复杂领域比如在电站锅炉中的应用在数值稳定性、准确性和成本方面受到挑战。
煤粉燃烧器的安全技术Through the process agreeme nt to achieve a uni fied action policy for differe nt people, so as to coord in ate acti on, reduce bli ndn ess, and make the work orderly.
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煤粉燃烧器的安全技术 简介：该方案资料适用于公司或组织通过合理化地制定计划，达成上下级或不同的人员之间形成统一的行动方针，明确执行目标，工作内容，执行方式，执行进度，从而使整体计划目标统一，行动协调，过程有条不紊。文档可直接下载或修改，使用时请详细阅读内容。 煤粉燃烧器是煤粉炉的主要燃烧设备。煤粉燃烧器的型式很多，一般可按气流形式分为直流燃烧器和旋流燃烧器两大类。 燃烧器（又叫喷燃器）常见的故障有喷燃器烧坏、燃烧不稳、灰火打炮、炉膛或喷口处结焦、磨损漏粉等，所以对喷燃器的安装、运行、检修等都要有一定的安全技术要求。 1?喷燃器的安全要求 1）喷燃器的安装应按设计要求进行。当燃料变化时，可根据试验结果进行必要的改进。喷燃器与水冷壁的固定时应防止水冷壁管被拉裂。喷燃器的平衡配重应按设计要求安装， 保证水冷壁管不受过大的附加力和能随着水冷壁膨胀而能自由调整，不被卡涩。喷燃器及输粉管、风管亦能膨胀正常； 2）运行值班人员应根据某种和负荷的变化正确调整一、二次风的风量和风速。确保燃烧正常，防止灭火打炮、结焦 和烧坏喷燃器；
低氮分级燃烧技术 一.低NO x优化燃烧技术的分类及比较 为了实现清洁燃烧，目前降低燃烧中NO、排放污染的技术措施可分为两大类：一类是炉内脱氮，另一类是尾部脱氮。 1.1炉内脱氮 炉内脱氮就是采用各种燃烧技术手段来控制燃烧过程中NO x的生成，又称低NO x燃烧技术，下表给出了现有几种典型炉内脱氮技术的比较。 表2
1.2尾部脱氮 尾部脱氮又称烟气净化技术，即把尾部烟气中已经生成的氮氧化物还原或吸附，从而降低NO x排放。烟气脱氮的处理方法可分为：催化还原法、液体吸收法和吸附法三大类。 催化还原法是在催化剂作用下，利用还原剂将NO x还原为无害的N2。这种方法虽然投资和运转费用高，且需消耗氨和燃料，但由于对NO x效率很高，设备紧凑，故在国外得到了广泛应用，催化还原法可分为选择性非催化还原法和选择性催化还原法相比，设备简单、运转资金少，是一种有吸引力的技术。 液体吸收法是用水或者其他溶液吸收烟气中的NO x。该法工艺简单，能够以硝酸盐等形式回收N进行综合利用，但是吸收效率不高。 吸附法是用吸附剂对烟气中的NO x进行吸附，然后在一定条件下使被吸附的NO x脱附回收，同时吸附剂再生。此法的NO x脱除率非常高，并且能回收利用。但一次性投资很高。 炉内脱氮与尾部脱氮相比，具有应用广泛、结构简单、经济有效等优点。表2中各种低NO x燃烧技术是降低燃煤锅炉NO x排放最主要也是比较成熟的技术措施。一般情况下，这些措施最多能达到50%的脱除率。当要进一步提高脱除率时，就要考虑采用尾部烟气脱氮的技术措施，SCR和SNCR法能大幅度地把NO x 排放量降低到200mg/m3，但它的设备昂贵、运行费用很高。 根据我国发展现状和当前经济实力还不雄厚的国情，以及相对宽松的国家标准CB13223一2003，在今后相当长一段时间内，我国更适合发展投资少、效果也比较显着的炉内脱氮技术。即使采用烟气净化技术，同时采用低NO x燃煤技术来控制燃烧过程NO x的产生，以尽可能降低化设备的运行和维护费用。 表2中各炉内脱氮技术又以燃料分级效率较高。燃料再燃技术是有效的降低NO x排放的措施，早在1980年日本的三菱公司就将天然气再燃技术应用于实际锅炉，NO x排放减少50%以上。美国能源部的“洁净煤技术”计划也包括再燃技术，其示范项目分别采用煤或天然气作为再燃燃料，NO x排放减少30%到70%。在日本、美国、欧洲再燃技术大量应用于新建电站锅炉和已有电站锅炉的改造，在商业运行中取得良好的环境效益和经济效益。在我国燃料再燃烧技术研究和应用起步较晚，主要是因为我国过去对环保的要求较低，另一方面则是出于技术经
煤炭燃烧特性指标 几乎所有的煤炭特性指标都与煤炭的燃烧特性是相关的，反之，也没有一个能完全、全面表征煤炭燃烧特性的指标。与此同时，不同的煤炭特性指标对于煤炭燃烧特性的重要性，也随着煤炭燃烧方式的不同而异，并具有相当的差别。作为影响煤炭燃烧特性或者说过程最明显的指标是煤炭的挥发份和粘结性或者说膨胀系数。前者表征着煤炭在燃烧过程中的以气相完成的份额和其对后续固相燃烧过程的影响；后者则关系到煤炭颗粒因形态、尺寸和反应表面积的变化而使其自身的燃烧特性受到的影响。而前者和后者有时又是具有密切联系的。与煤炭燃烧特性有关的还有挥发份的释出特性、焦炭的反应性、煤炭的热稳定值、重度等，以及煤炭在堆放过程中的风化、自燃特性和可磨度。 煤炭颗粒在受热过程中的熔融软化、胶质体和半焦的形式几乎所有的烟煤在受热升温的过程中与挥发份释出的同时，都会出现胶质体，呈塑性和颗粒的软化现象。煤炭颗粒间的粘结就是因颗粒胶体间的相互粘结而产生的，因此煤炭的粘结性也就于其所呈现胶体的条件相关。当一个按一定升温速度，经历着受热过程的煤炭颗粒进行观察时，考虑到在此受热过程中热量总是从表面传向颗粒核心的，在同一时间内表面温度也总高于核心。可以发现不同的烟煤，在表面温度达到320～350℃以前，颗粒的形态变化一般觉察不到，只
有煤化程度低的气煤才可观察到表面开始有挥发份气体释出。在温度到350～420℃时，可以观察到在颗粒表面出现了一层带有气泡的液相膜，表面上也逐渐失去原来的棱角，这层膜就是胶质体。当温度为500～550℃时，一方面因颗粒内部温度升高，使胶质体层向内层发展，以及外部的胶质体层因挥发份释出被蒸干转化为半焦，即从表面到中心由半焦壳、胶质体和原有的煤三层所构成，但这种形态所保持的时间是短暂的。随着受热的继续，胶质体的发展和体积的膨胀，半焦外壳出现裂口，胶质体流出。其后是胶质体向颗粒中心区域的发展，流出的胶质体被蒸干转变为半焦，直到整个颗粒都经历胶质体和半焦的形成。整个的过程如图3-2-2所示：试验证明软化温度越低的煤种，挥发份开始释出的时间越早。因此软化温度Tp（对于不同的烟煤表面开始出现液相膜的温度）和再固化温度TK（呈现最大塑性的温度TMAX以及被蒸干再次呈固体形状的温度）都是表明煤炭流变特性的指标，同样也间接表明了于煤炭燃烧特性密切相关的问题。 Ⅰ软化开始阶段Ⅱ开始形成半焦的阶段Ⅲ煤粒强烈软化和半焦破 裂阶段
一、?煤碳的燃烧过程 ? 煤从进入炉膛到燃烧完毕，一般经历四个阶段：水分蒸发阶段，当温度达到105℃左右时，水分全部被蒸发；挥发物着火阶段，煤不断吸收热量后，温度继续上升，挥发物随之析出，当温度达到着火点时，挥发物开始燃烧。挥发物燃烧速度快，一般只占煤整个燃烧时间的1/10左右；焦碳燃烧阶段，煤中的挥发物着火燃烧后，余下的碳和灰组成的固体物便是焦碳。此时焦碳温度上升很快，固定碳剧烈燃烧，放出大量的热量，煤的燃烧速度和燃烬程度主要取决于这个阶段；燃烬阶段，这个阶段使灰渣中的焦碳尽量烧完，以降低不完全燃烧热损失，提高效率。 良好燃烧必须具备三个条件： 1、温度。温度越高，化学反应速度快，燃烧就愈快。层燃炉温度通常在1100~1300℃。 2、空气。空气冲刷碳表面的速度愈快，碳和氧接触越好，燃烧就愈快。 3、时间。要使煤在炉膛内有足够的燃烧时间。 碳燃烧时在其周围包上一层灰壳，碳燃烧形成的一氧化碳和二氧化碳往往透过灰壳向外四周扩散运动，其中一氧化碳遇到氧后又继续燃烧形成二氧化碳。也就是说，碳粒燃烧时，灰壳外包围着一氧化碳和二氧化碳两层气体，空气中的氧必须穿过外壳才能与碳接触。因此，加大送风，增加空气冲刷碳粒的速度，就容易把外包层的气体带走；同时加强机械拨动，就可破坏灰壳，促使氧气与碳直接接触，加快燃烧速度。如果氧气不充足，搅动不够，煤就烧不透，造成灰渣中有许多未参与燃烧的碳核，另外还会使一部分一氧化碳在炉膛中没有燃烧就随烟气排出。对于大块煤，必须有
较长的燃烧时间，停留时间过短，燃烧不完全。因此，实际运行中，一般采取供给充足的氧气，采用炉拱和二次风来加强扰动，提高燃烧温度，炉膛容积不宜过小等措施保证煤充分燃烧。 ? 二、链条炉排的燃烧特点 ? 链条炉排着火条件较差，主要依靠炉膛火焰和炉拱的辐射热。煤的上 面先着火，然后逐步向下燃烧，在炉排上就出现了明显的分层区域，如图共分五个区。燃料在新燃烧区1中预热干燥，在炉排上占有相当长的区域。在区域2中燃料释放出挥发分，并着火燃烧。燃烧进行得很激烈，来自炉排下部空气中的氧气在氧化区3中迅速耗尽，燃烧产物CO2和水蒸气上升到还原区4后，立即被只热的焦碳所还原。最后在链条炉排尾部形成灰渣区5。 在燃烧准备区1和燃烬区5都不需要很多空气，而在燃烧区2、3必须保证有足够的空气，否则则会出现空气在中部不足，而在炉膛前后过剩的现象。为改善以上燃烧状况，常常采用以下三个措施：合理布置炉拱；采取分段送风；增加二次风. ? 三、链条炉排对煤种的要求 ? 链条炉排对煤种有一定的选择性，以挥发分15%以上，灰熔点高于1250℃以上的弱黏结、粒度适中，热值在18800~21000kJ/kg以上的烟煤最为适宜。
一种防结焦结构以及煤粉燃烧器 技术领域 本实用新型涉及煤粉燃烧器技术领域，尤其涉及一种防结焦结构以及煤粉燃烧器。 背景技术 5 煤粉燃烧器是指能够让煤粉在短时间内充分燃烧，产生高温涡流的设备，现有的煤粉燃烧器的结构如图1至图3所示，其包括炉体1-1、炉膛1-11、支架1-2与底座1-3，炉体1-1的左侧中部设置有送煤管1-4，送煤管1-4的一端延伸至炉体1-1的外侧，送煤管1-4的另一端延伸至炉体1-1的内侧，送煤管1-4位于外部的一侧底部倾斜设置有煤粉进管10 1-5，送煤管1-4的中心设置有点火管1-6，点火管1-6内通过气缸1-7可水平移动的设置有点火枪1-8，点火枪1-8上设置有雾化喷油嘴，送煤管1-4的右端与点火管1-6的右端之间沿周向均匀的设置有若干第一叶片1-9，炉体1-1内对应送煤管1-4的中部与右侧分别设置有相连通的环形进风腔1-10与第一环形出风腔1-12，第一环形出风腔1-12的右端沿15 周向均匀的设置有若干第二叶片1-13，第一叶片1-9与第二叶片1-13均与轴线呈一定的角度，保证产生旋流效果，炉膛1-11与炉体1-1之间设 与第二环形出风腔1-15，环形进风腔 1-10之间设置有第二耐高温浇注料层1-16，支架1-2上设置有鼓风机1-17，鼓风机1-17分别通过第一供气管20 1-18、第二供气管1-19与第一环形出风腔1-12、第二环形出风腔1-15相连通，在行走电机1-20的带动下，炉体1-1可以在底座1-3上进行移动。 磨煤喷粉机将煤粉从煤粉进管1-5进入，然后通过送煤管1-4后在第一叶片1-9的作用下以旋流的方式喷出，煤粉被点燃后进行燃烧，点25 火枪1-8在点火之后被气缸1-7拉入点火管1-6内，避免烧损，与此同时，
煤粉燃烧过程的数值模拟 Ryoichi Kurose 京都大学 高级研究院流体科学与工程学院机械工程与科学系 Hiroaki Wata nabe and Hisao Makino 中央研究所的电力行业能源工程研究实验室 摘要 煤炭是一种能够满足电力进一步需求的重要能源资源，而且煤炭比其他化石燃料的储量丰富得多。在燃煤发电厂，改善对环境污染物如NOx,SOx及包括未燃尽的碳粒在内的灰粒的含量的控制技术十分重要。随着计算机性能的显着提高，人们强烈希望计算流体动力学（CFD）成为一种工具，成为一种研发和设计这种合适的煤粉燃烧的燃烧炉膛和燃烧器的工具。这次审查的重点是突出我们的CFD 研究的最新进展，即煤粉在燃烧中的平均雷诺数纳维斯托克斯（RANS）的模拟和大涡模拟（LES）的最新进展，及未来的一些前景。 关键词：煤粉燃烧，数值模拟，平均雷诺数纳维斯托克斯模拟，大涡模拟 1.介绍 煤炭是一种能够满足电力进一步需求的重要能源资源，而且煤炭比其他化石燃料的储量丰富得多。在燃煤发电厂，改善对环境污染物如NOx,SOx及包括未燃尽的碳粒在内的灰粒的含量的控制技术十分重要。为了实现这些目标和要求，了解煤粉燃烧机理和先进的燃烧技术的发展十分必要。然而，由于煤粉燃烧是一个非常复杂的现象，其中最高的火焰温度超过1500C,以及某些物质难以进行测量，如一些原子团种类和一些高活性固体颗粒，因此在燃烧过程中的煤粉燃烧机 理至今没有得到很好的解释。而且由于研发过程包含许多步骤，因此，新的燃烧炉膛和燃烧器的发展需要较高的成本和较长的时间。 随着计算机性能的显著提升，煤粉燃烧领域的计算流体动力学正在被研发。在这种方法中，电脑解决了燃烧领域的控制方程式，这使它能够提供温度和化学物质种类分布的详细信息和在整个燃烧空间中煤粉颗粒的行为，而上述那些通过实验是不能得到的。此外，此种方法有助于在相对较低的成本条件下重复审查任意条件下的煤粉的流场和各种参数。因此，强烈地希望计算流体动力学（CFD）能够成为燃烧炉炉膛和燃烧器研发和设计的一种工具。
火电厂煤粉燃烧系统 火力发电厂简称火电厂，是利用煤、石油、天然气作为燃料生产电能的工厂，它的基本生产过程是：燃料在锅炉中燃烧加热水生成蒸汽，将燃料的化学能转变成热能，蒸汽压力推动汽轮机旋转，热能转换成机械能，然后汽轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能。今天我的课题是煤粉燃烧系统。 一、煤粉的制备及预热 用火车或汽车、轮船等将煤运至电厂的煤场后，经初步筛选处理，用输煤皮带送到锅炉的原煤仓。煤从原煤仓落入煤斗，由给煤机送入磨煤机磨成煤粉，并经空气预热器来的一次风干燥并带至粗粉分离器。在粗粉分离器中将不合格的粗粉分离返回磨煤机再行磨制，合格的细煤粉被一次风带入旋风分离器，使煤粉与空气分离后进入煤粉仓。 二、煤粉气流的着火和燃烧 (一)煤粉气流的着火 煤粉空气混合物经燃烧器以射流方式被喷入炉膛后，经过湍流扩散和回流，卷吸周围的高温烟气，同时又受到炉膛四周高温火焰的辐射，被迅速加热，热量到达一定温度后就开始着火。有实验表明，煤粉气流的着火温度要比煤的着火温度高一些。因此，煤粉空气混合物较难着火，这是煤粉燃烧的特点之一。 在锅炉燃烧中，希望煤粉气流离开燃烧器喷口不远处就能稳定地着火，如果着火过早可能使燃烧器喷口因过热被烧坏，也易使喷口附近结渣；如果着火太迟，就会推迟整个燃烧过程，使煤粉来不及烧完就离开炉膛，增大机械不完全燃烧损失。另外着火推迟还会使火焰中心上移，造成炉膛出口处的受热面结渣。 煤粉气流着火后就开始燃烧，形成火炬，着火以前是吸热阶段，需要从周围介质中吸收一定的热量来提高煤粉气流的温度，着火以后才是放热过程。将煤粉气流加热到着火温度所需的热量称为着火热。它包括加热煤粉及空气（一次风），并使煤粉中水分加热、蒸发、过热所需热量。 (二)煤粉燃烧的三个阶段 煤粉同空气以射流的方式经喷燃器喷入炉膛，在悬浮状态下燃烧，从燃烧器出口，煤粉的燃烧过程大致可分为以下三个阶段： 1．着火前的准备阶段 煤粉气流喷人炉内至着火这一阶段为着火前的准备阶段。着火前的准备阶段是吸热阶段。在此阶段内，煤粉气流被烟气不断加热，温度逐渐升高。煤粉受热后，首先是水分蒸发，接着干燥的煤粉进行热分解并析出挥发分。挥发分析出的数量和成分取决于煤的特性、加热温度和速度。着火前煤粉只发生缓慢氧化，氧浓度和飞灰含碳量的变化不大。一般认为，从煤粉中析出的挥发分先着火燃烧。挥发分燃烧放出的热量又加热炭粒，炭粒温度迅速升高，当炭粒加热至一定温度并有氧补充到炭粒表面时，炭粒着火燃烧。 2．燃烧阶段 煤粉着火以后进入燃烧阶段。燃烧阶段是一个强烈的放热阶段。煤粉颗粒的着火燃烧，首先从局部开始，然后迅速扩展到整个表面。煤粉气流一旦着火燃烧，
1 回转窑煤粉烧嘴 技 术 方 案
目录 1．总则 2．煤粉烧嘴设计要求 3．功能指标、保证值和考核办法4．监造及见证、出厂验收5．安装验收和技术服务 6．附件图纸
1 总则 1.1新型中央煤粉烧嘴是北京**环保设备有限公司研制开发的新一代的燃烧设备，该项目课题组研究人员基于多年的实践经验，根据冷、热态实验的技术参数，以国内外的煤粉烧嘴为基础，采用现代最新燃烧技术的大速差和强旋流理论，结合全国原煤资源的特性以及我国工业炉的燃料燃烧特点，运用计算机仿真技术，综合考虑多学科研究和发展成果研制而成。该燃烧器适用于冶金球团工程的回转窑以及建材水泥行业和石灰行业的及工业窑炉加热装置，具有一次风量比例低、燃烧推力大的显著技术特点。其高速的出口射流，大大强化了煤粉气流和二次热风的混合，最大限度消除了不完全燃烧，减少了不必要的热损失，并有利于降低热耗和利用低、劣质燃料；其独特的结构设计，具有灵便快捷的火焰调节手段，可使火焰形状随时满足窑内工况的需要，有利于建立合理的煅烧制度，提高产品质量；其卓越的燃烧特性，可提高工业窑炉的煅烧能力，充分发掘了设备的潜在能力以增加产量。 1.2本技术方案是适用于太钢**铁矿项目200万t/a链篦机-回转窑球团工程煤粉燃烧 器设备订货、设计、制造、检验、试验及交货等方面提出基本要求和最低要求。 1.3本技术方案未经卖方北京**环保设备有限公司允许，严禁买方转载和复制。 1.4本技术方案是根据北京**国际工程技术有限公司提供煤粉燃烧器的技术规格书要求编制而成。新型煤粉燃烧器由北京**环保设备有限公司完成制造，用户在使用之前要仔细使用手册和相关技术说明，安装、操作及维护等问题作了较为详细的介绍。 2、燃烧器性能保证的前提条件 用户需为本燃烧器的使用提供基本的使用条件，以保证HDF-K55型回转窑用四风道煤粉燃烧器达到良好的使用效果。本燃烧器性能保证的前提条件如下： ●相关工艺系统正常； ●窑头二次风温约1100℃左右； ●送煤风配置误差最大不超过10%； ●送煤粉的空气中不得含有大颗粒的异物或棉纱等物； ●燃烧器的喷嘴及煤粉入口处不允许出现堵塞现象。 2．煤粉烧嘴设计要求 2.1适应的煤粉成份
煤粉高效洁净燃烧技术 Prepared on 22 November 2020
煤粉高效洁净燃烧技术 近年来，随着各国政府对环保工作的日益重视，全世界范围内都兴起了治理污染、保护环境的运动。新的环保技术及产品不断涌现，同时也不断地产生新的难题。煤粉燃烧在污染排放中占重要地位，也是历来治理污染的重点和难点。许多国家在治理环境污染活动中一直把它作为中心任务，也取得了比较明显的效果。据预测，2000～2010年我国煤炭在一次能源需求中的比重仍为70%左右，2050年可降至50%以下，但煤炭消费的绝对量还是大大增加了。因此，对我国政府而言，控制环境保护总体指标，首先必须控制燃煤造成的污染，其出路无非在于大力发展以煤炭高效洁净利用为宗旨的洁净煤技术。 在洁净煤技术不断发展的十几年内，国内外均开发了许多产品和成套技术。有先进的选煤技术、水煤浆技术、煤炭气化、煤炭液化技术，有循环流化床、增压循环流化床、整体煤气化联合循环等技术，有各种处理水平的烟气净化技术及粉煤灰综合利用技术等。综合考虑我国现状，煤粉高效洁净燃烧及烟气净化技术在近期应有较广阔的应用空间。 ●煤粉高效洁净燃烧技术及烟气净化技术现状 煤粉高效洁净燃烧及烟气净化技术包括高效燃烧技术、低NOx燃烧技术、烟气脱硫技术、烟气脱硝技术、除尘技术等。现简要介绍如下：一般而言，煤粉高效燃烧技术与低NOx燃烧技术是互为矛盾的两种技术。降低NOx生成与排放根本在于控制燃烧区域的温度不能太高，但低温燃烧又影响煤粉的燃烧率，协调好这两项技术的应用使之达到综合最佳效果
是目的，实际上就要求对煤粉燃烧的全过程加以控制。既能够保证煤粉着火的稳定性，又有较低的燃烧温度，同时有足够长的并在一定温度下的燃烧时间保证燃烬。目前世界上较先进的燃烧技术基本兼顾了这些因素，其中以直流燃烧器为主的有：ABB-CE公司利用一次风弯头的惯性分离作用，在弯头出口中间设置有孔隔板，将煤粉气流分成上浓下淡两段气流，形成上下浓淡煤粉燃烧器，并在喷口处装有轴向距离可调整的V型钝体，通过合理组织二次风，同时达到了稳定、高效、低NOx排放的燃烧效果；三菱重工（MHI）开发了PM型燃烧器，利用弯头的离心作用，把一次风分成上下浓淡两股气流，同时采用烟气再循环和炉内整体分级燃烧技术，也达到了较好的效果。 以旋流燃烧器为主的有：FW公司利用旋风子使进入主燃烧器的一次风浓度增加，并降低一次风速以保证煤粉气流着火稳定性，并控制NOx的生成量；有较多工业应用的还有B&W公司的PAX型旋流煤粉燃烧器、日本I HI公司的宽调解范围旋流煤粉燃烧器、德国斯坦米勒公司多级分级供风旋流燃烧器等。上述这些工业产品均能够保证NOx排放在400mg/Nm3以下，并具有较高燃烧效率。目前国外正在开发的低NOx燃烧技术可以控制NOx 生成量是在200mg/Nm3左右，已达到了比较高的水平。但由于世界上很多先进国家对NOx排放规定了严格的标准，仅靠改进和提高燃烧技术难以达到NOx控制值，因而有些锅炉机组在尾部增设了烟气脱硝装置。 我国近年来也开发了很多型式的低NOx燃烧技术，具有代表性的是浓淡煤粉燃烧器，包括水平浓淡、上下浓淡直流燃烧器、旋流燃烧器和可控浓淡旋流煤粉燃烧器等。但由于我国存在煤种多变等问题，致使这些技术在应用中遇到了一些问题，包括采用国外类似技术制造的燃煤机组也遇到了同样
各种因素对煤粉炉燃烧的影响 现在煤粉锅炉在热力发电厂中应用广泛，而影响煤粉炉燃烧的原因多种多样，下面就从燃料、燃烧器、炉膛、锅炉运行各方面浅谈一下。 一、燃料： （一）燃料品质： 1、挥发分：挥发分是煤粉在加热过程中有机质分解而析出的气体物质。。煤中挥发 分含量对煤粉气流着火过程影响很大，煤粉气流着火温度比对应的煤的高。干燥无灰基挥发分越高的煤，着火温度越低，火焰传播速度也越快。因此挥发分含量高的煤不仅容易着火，而且着火稳定性也越好。 煤中除了挥发分和水分剩余的部分就是焦炭，包括固碳和灰分。煤粉燃烧的过程为：水分先析出，绝大部分挥发分析出，挥发分着火，引燃焦炭和剩余的挥发份。所以挥发分的燃烧对焦炭起加热作用，从而为焦炭的燃烧创造有利条件，一般而言，挥发分越高的煤越容易燃尽，q4（固体未完全燃烧热损失）少。 随着煤的碳化程度不同，挥发分的析出温度也不同，挥发分的成分及含量也不同。挥发分的着火点低，容易燃烧。挥发分高的煤火焰传播速度也越快，火焰也越长，因此一般情况气体燃料和液体燃料比固体燃料的火焰传播速度大。大部分挥发分的着火以及燃尽时间很短，约占整个燃烧时间的百分之十。 对于多相燃烧，反应速度取决于燃料附近氧化剂的浓度和固相物质的表面积。 2、水分：煤粉在加热的过程中首先析出的是水分，水分分为外部水分和内部水分。 水分的增加会影响发热量，从而使炉内温度降低影响燃料着火，增加排烟热损失，加剧尾部受热面的腐蚀和堵灰。 水分的增加影响着火热。水分多时加热煤粉气流的一部分热用于水分的蒸发和过热，使着火热增加，推迟着火。但是煤粉内的水分蒸发后可使煤粉颗粒
的表面积增大，从而提高着火能力和燃烧速度。 火电厂中大容量锅炉为防止尾部受热面低温腐蚀，尾部烟气的温度都很高，烟气中的水蒸气常压下不会凝结，汽化潜热未能被利用，使锅炉效率有所降低。 水分还会影响火焰的传播速度，水分含量大时，火焰的传播速度变低。 3、灰分：焦炭中不能燃烧的部分就是灰分。它可以使单位燃料的发热量降低，还 影响燃料的着火和燃尽，也会造成锅炉受热面积灰，结渣，磨损。 灰分含量增大时，没分的发热量就会降低，燃煤量增加，灰分覆盖在可燃物上减少与氧气的接触面积使着火比较困难，着火稳定性差，着火温度高，影响火焰传播速度。还会是燃烧不完全，增加固体未完全燃烧热损失。 灰分还会形成灰渣附着在水冷壁面，过热器，再热器，省煤器，空气预热器上，增大热阻减少传热，浪费能量。 4、发热量：煤的发热量是指单位质量的煤完全燃烧时放出的全部热量。分为高位 发热量和低位发热量。当发热量中包括煤燃烧后所产生的水蒸气凝结发出的汽化潜热时，称为高位发热量。当不包括水蒸气凝结产生的汽化潜热时，称为低位发热量。现在大型锅炉的尾气温度一般大于120度，尾气中的水蒸气不会凝结，因此我国采用低位发热量。高位发热量可由氧弹式热量计测量。 发热量大可以使煤的分解速度加快，迅速释放出挥发分，有利于达到着火热迅速达到着火温度，并且稳定的燃烧。 5、焦炭：煤失去水分和挥发分后剩余的就是焦炭，焦炭燃烧后的温度高，可以迅 速提高炉膛温度。 6、煤粉细度煤粉越细，其中的挥发分容易析出出来，可以迅速燃烧，也容易着尽， 减少固体未完全燃烧损失，还会提高火焰传播速度。 7、煤粉分布：在炉膛内煤粉分布越均匀越容易燃烧。
LHX-高效节能型锅炉煤粉燃烧器 产 品 说 明 书 西安路航机电工程有限公司
一、工作原理： ①燃烧器是锅炉的主要燃烧设备，他通过各种形式，将燃料和燃烧所需要的空气送入炉膛使燃料按照一定的气流结构迅速、稳定的着火：连续分层次供应空气，使燃料和空气充分混合，提高燃烧强度。 煤粉燃烧器就是利用二次风旋转射流形成有利于着火的回流区，以及旋转射流内和旋转射流与周围介质之间的强烈混合来加强煤粉气流的着火特性。旋转射流的工质除了二次风外，还可以有一次风。在二次风蜗壳的入口处装有舌形挡板，用以调节气流的旋流强度，蜗壳煤粉燃烧器的结构简单，对于燃烧烟煤和褐煤有良好的效果，也能用于燃烧贫煤 运行参数:一次风率r1，一、二次风量比，一、二次风速w1和w2及风速比w1 /w2有关。。锅炉燃烧器使用的是气化原理，能使燃油完全 气化，整个燃烧器采用三级点火方式，先用高能点火器点燃轻柴油，再用轻柴油点燃浓煤粉，最后点燃淡煤粉，实现煤粉全部燃烧。 ②为避免工业锅炉积灰过多，本产品采取炉外排渣系统.进入锅炉体内的烟气灰渣尘只占燃料燃烧总的渣量的15%，其中只有小部分沉于锅炉体内,绝大部分烟气尘随烟气流入炉外的收尘系统.工业锅炉本体只需采用压缩空气吹灰系统即可避免锅炉本体人工掏渣。本产品的使用效果与燃油燃气的工业锅炉效果基本一致。
③本产品燃烧煤种与水煤浆燃烧煤种大大放宽，而不需要特优烟煤，而对于一般烟煤、无烟煤、褐煤等甚至劣质杂煤均可.使用其煤粉燃烬率可达到99%,炉渣含碳量为1%左右.炉渣为黄白色是农业化肥和建材的良好的混合材,以达到循环利用的目的.其耗煤量与一般链条锅炉可节省煤耗为25-30%以上。 二.环保技术指标： 由于燃烧系统的彻底改进，相对于链条式的工业锅炉，由燃煤层燃燃烧方式改为煤粉燃烧方式，同时又采用炉外排渣技术。其中燃烧筒（立式、卧式）的捕渣率能达到85%以上，进入工业炉的炉渣量几乎小于15%以上，只有极小部分烟尘沉于炉内,大部分随烟气流进炉后收尘系统.这样极大的减轻了炉尾部的收尘器的收尘量，进入锅炉内的细微烟尘只需要设置采用压缩空气吹灰孔即可，锅炉必须设置专用检查炉门。本公司依据水膜旋风除尘器的基本原理研发成功:文氏管双级脱硫水雾除尘器（不锈钢等钢结构见另外产品说明书），进而彻底淘汰多年普遍使用的水膜麻石除尘器，使锅炉后的除尘系统简单化，而除尘效果更优。经测算：除尘效率可达到99%，粉尘含量≤100mg/m3,SO2≤250～ 300mg/m3, NO2≤400mg/m3,总体排放指标，可达到国家城市二类地区的环保指标。 三.全线实现PLC全自动热工仪表控制系统
煤粉燃烧器的分析 摘要：本文分析了几种有代表性的预燃室型煤粉稳燃装置的原理及其特性，并根据其原理提出了几种改进的方案。 关键词：回流区；煤粉锅炉燃烧器；钝体 前言：我国电力行业以劣质媒为主要燃料，这是我国能源政策的要求，同时也是我国煤碳资源分布状况、开采运输条件等所决定的。从经济性和发展趋势看，燃油锅炉和燃用优质煤锅炉所占比重将越来越少，燃用劣质煤锅炉，特别是大容量劣质煤锅炉将越来越多。锅炉燃用劣质煤时普遍存在着火困难、燃烧稳定性差、燃尽率低等问题。对于有些煤种，还存在着炉膛水冷壁结焦、尾部受热面磨损腐蚀、排放物严重污染环境等问题。另一方面，要求越来越多的锅炉机组参加电网调峰。锅炉参加电网调峰时，需要改变负荷和调整运行方式，这就进一步加剧了劣质煤锅炉己存在的问题的严重性。这些问题急需解决，而解决这些问题的重要手段就是研制和开发新燃烧设备。 我们小组从《燃烧学》课本上介绍的两种传统煤粉燃烧稳燃装置出发： 旋流稳燃器： 稳燃原理： 旋流射流的一个最大特点就是射流内部有一个反向回流区，旋转的射流不但从射流外侧卷吸周围的介质，而且还从内部回流区内卷吸介质，而内部回流区的烟气温度很高，能有效助燃和稳燃。 存在的问题： 1.预燃筒壁的积粉和结渣： 不能作为主燃烧器在锅炉运行中长期使用，甚至在短期的锅炉点火启动和低负荷稳燃运行使用时也成问题，因预燃室简壁结焦严重或出现局部温度过高而烧毁预燃室. 2.旋流叶片的磨损： 在长期多变负荷运行过程中，旋流叶片受到高速煤粉流的冲刷，容易磨损变形，造成煤粉流的堵塞，影响旋流效果 3.低负荷条件下工作不稳定，容易熄火，需要喷油助燃。 4.对无烟煤等低挥发分含量煤种的效果不好。 钝体直流稳燃器： 稳燃原理： 钝体是不良流线型体，在大雷诺数下流体流经钝体时在钝体的某个位置会是
F L U E N T中应用D P M 模型时双R分布的详细 说明 集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-
F L U E N T中应用D P M模型时双R分布的详细说明 使用动网格的模型在应用DPM模型进行计算时，InjectionType不能使 用surface。 关于rosin-rammler分布举例说明，有一组颗粒服从这样一种粒径分布，见下表： Diameter MassFraction Range(μm)inRange 0-700.05 70-1000.10 100-1200.35 120-1500.30 150-1800.15 180-2000.05 定义一个变量Y d，其定义为：比指定粒径d大的颗粒的质量分数。那么上面所说的颗粒的粒径分布所对应的Y d就是： MassFractionwith Diameter,d(μm)DiameterGreaterthan d,Y d 700.95 1000.85 1200.50 1500.20 1800.05 200(0.00) Rosin-Rammler分布函数假定粒径d和Y d只见存在这样一种指数关系：?Y d=(e-(d/dm))n（1） 其中d[size=10.5pt]m为平均粒径（MeanDiameter）；n为传播系数（SpreadParameter）。为了获得上述两种数值，需要找到d和Y d的关系。 MassFractionwith Diameter,d(μm)DiameterGreaterthan d,Y d 700.95 1000.85 1200.50 1500.20 1800.05
煤粉燃烧仿真过程 1.导入网格，使用压力基（pressure-based）和稳态计算（steady）； 2.选择KE湍流模型； 3.激活能量方程； 4.激活组分输运模型，Mixture Material（燃料）项下选择coal-hv-volatiles-air，勾选Reactions项下 的Volumetric以激活反应，Turbulence-Chemistry-Interaction项下选择涡耗散模型Eddy-Dissipation； 5.激活辐射模型Radiation，并选择P1辐射模型； 6.设置离散相参数，在Discrete Phase项下，设置最大追踪步数为4000，指定长度尺寸为0.0025； 7.使用Define→Injections设置入射流，设置入射流入口为V-1，入射流类型Particle Type为 Combusting燃烧组份，入射流材料Material为coal-hv高挥发性煤，粒径分布Diameter Distribution 为均匀分布uniform，挥发份Devolatilizing Species为高挥发性煤hv_vol；在Point Properties项下设置进口特性，温度Temperature设定为343K，Z方向速度Z-velocity设定为23.11，质量流量Total Flow Rate（kg/s）设置为0.00018264，直径Diameter为1e-6；在Turbulent Dispersion项下激活随机轨道模型Discrete Random Walk Model，轨道数Number of Tries设置为10，尺度长度Time Scale Constant设置为0.15；如果有多股粒径不同的质量流，也可以使用同样的方法设置其它的几股质量流；
煤粉高效燃烧技术发展状况调研报告 为促进煤炭清洁高效利用，摸底监管辖区内有关情况，推广先进技术经验，西北能源监管局于2015年上半年对煤粉高效燃烧技术发展情况进行了调研，具体情况如下： 一、基本情况 (一)煤粉高效燃烧技术背景及意义 煤粉高效燃烧技术包括煤粉加工技术和高效煤粉锅炉技术。煤粉加工，指煤炭通过烘干、研磨等物理加工形成细小颗粒。高效煤粉锅炉技术，指以“煤粉高效燃烧”为核心，采用煤粉集中制备、精密供粉、空气分级燃烧、炉内脱硫、炉壳(或水管)式锅炉换热、高效布袋除尘、烟气脱硫和全过程自动控制等先进技术，以实现燃煤锅炉的高效运行和洁净排放，主要适用于工业企业生产用蒸汽、工业及民用供暖。 煤炭是我国的主体能源和重要工业原料，近年来，煤炭工业取得了长足发展，煤炭产量快速增长，生产力水平大幅提高，为经济社会发展做出了突出贡献，但煤炭利用方式粗放、能效低、污染重等问题没有得到根本解决。长期以来，燃煤发电行业承担了重要的减排任务，但目前全国脱硫机组占比已超过90%，随着《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)的实施，火电机组排放指标可降空间变小，其它燃煤领域的大气污染防治问题亟需得到重视。据环保部统计，目前我国燃煤工业锅炉占全国工业锅炉总量和总蒸发量约85%，每年消耗原煤约7亿吨，约占全国煤炭消费总量的20%;排放烟尘785万吨，约占全国烟尘排放量的43%;排放二氧化硫626万吨，约占全国二氧化硫排放量的26%;排放氮氧化物732 万吨，约占全国氮氧化物排放量的12%，是我国第二大煤烟型污染来源。此外，我国目前原煤利用集中度不足50%，低于全球60%的平均水平，更远低于发达国家90%的水平，各种分散供热取暖小锅炉及民用煤炉年消耗原煤2亿吨，其中绝大多数没有采取任何除尘、脱硫、脱硝等环保措施，也是大气污染的重要因素之一。由此可见，工业锅炉、散烧煤污染治理形势严峻。在燃煤发电行业减排空间日益缩小的情况下，实施工业锅炉改造、减少煤炭分散直接燃烧成为各级政府的共识，是各地节能减排最主要的方向之一，煤粉高效燃烧技术开始得到重视与发展。 (二)煤粉高效燃烧技术发展现状 上世纪90年代中后期，煤粉高效燃烧技术在德国、法国已广泛应用，但在国内目前仍处于起步阶段。政策方面，2013年8月，国务院印发《关于加快发展节能环保产业的》(国发〔2013〕30号)文件，指出：重点提高小型燃煤锅炉高效燃烧等技术水平;2014年12月，国家能源局、环境保护部、工业和信息化部联合印发《关于促进煤炭安全绿色开发和清洁高效利用的意见》(国能煤炭〔2014〕571号)，指出：要加快推广高效煤粉工业锅炉等高效节能环保锅 炉;2015年2月，工业和信息化部、财政部联合印发《工业领域煤炭清洁高效利用行动计划》(工信部联节〔2015〕45号)，将新型高效煤粉锅炉系统技术列
煤碳的燃烧过程 煤碳的燃烧过程：煤从进入炉膛到燃烧完毕，一般经历四个阶段：水分蒸发，当温度达到105℃左右时，水分全部被蒸发；挥发物着火阶段，煤不断吸收热量后，温度继续上升，挥发物随之析出，当温度达到着火点时，挥发物开始燃烧。挥发物燃烧速度快，一般只为煤整个燃烧时间的1/10左右；焦碳燃烧阶段，煤中的挥发物着火燃烧后，余下的碳和灰组成的固体物便是焦碳。此时焦碳温度上升很快，固定碳剧烈燃烧，放出大量的热量。煤的燃烧速度和燃烬程度主要取决于这个阶段；燃烬阶段，这个阶段使灰渣中的焦碳尽量烧完，以降低锅炉热损失，提高效率。良好燃烧必须具备三个条件：1、温度。温度越高，化学反应速度快，燃烧就愈快。层燃炉温度通常在1100~1300℃。2、空气。空气冲刷碳表面的速度愈快，碳和氧接触越好，燃烧就愈快。3、时间。要使煤在炉膛内有足够的燃烧时间。碳燃烧时在其周围包上一层灰壳，碳燃烧形成的一氧化碳和二氧化碳往往透过灰壳向外四周扩散运动，其中一氧化碳遇到氧后又继续燃烧形成二氧化碳。也即，碳粒燃烧时，灰壳外包围着一氧化碳和二氧化碳两层气体，空气中的氧必须穿过外壳才能与碳接触。因此，加大送风，增加空气冲刷碳粒的速度，就容易把外包层的气体带走；同时加强机械拨动，就可破坏灰壳，促使氧气与碳直接接触，加快燃烧速度。如果氧气不充足，搅动不够，煤就烧不透，造成灰渣中有许多未参与燃烧的碳核，另外还会使一部分一氧化碳在炉膛中没有燃烧就随烟气排出。对于大块煤，必须有较长的燃烧时间，停留时间过短，燃烧不完全。因此，实际运行中，一般采取供给充足的氧气，采用炉拱和二次风来加强扰动，提高燃烧温度，炉膛不宜过小等措施保证煤充分燃烧。煤质对锅炉稳定燃烧的影响：煤的发热量是反映煤质好坏的一个重要指标，当煤的发热量低到一定数值时，不仅会影响燃烧不稳定不完全，而且会导致锅炉熄火，使锅炉出口温度很难达标，影响正常供热。挥发分在较低温度下能够析出和燃烧，随着燃烧放热，焦碳粒的温度迅速提高，为其着火和燃烧提供了极其有利的条件，另外挥发分的析出又增加了焦碳内部空隙和外部反应面积，有利于提高焦碳的燃烧速度。因此，挥发分含量越大，煤中难燃的固定碳成分越少，煤粉越容易燃烬，挥发分析出的空隙多，增大反应表面积，使燃烧反应加快。挥发份含量降低时，煤粉气流着火温度显著升高，着火热随之增大，着火困难，达到着火所需的时间变长，燃烧稳定性降低，火焰中心上移，炉膛辐射受热面吸收的热量减少，对流受热面吸收的热量增加，尾部排烟温度升高，排烟损失增大。煤的灰份在燃烧过程中不但不会发出热量，而且还要吸收热量。灰分含量越大，发热量越低，容易导致着火困难和着火延迟，同时炉膛温度降低，煤的燃烬程度降低，造成的飞灰可燃物高。灰分含量增大，碳粒可能被灰层包裹，碳粒表面燃烧速度降低，火焰传播速度减小，造成燃烧不良。另外飞灰浓度增高，使锅炉受热面特别是省煤器、空气预热器等处的磨损加剧，除尘量增加，锅炉飞灰和炉渣物理热损失增大，降低了锅炉的热效率。有关资料显示，平均灰份从13%上升到18%，锅炉的强迫停运率将从1.3%上升到7.54%。煤的颗粒度对锅炉的燃烧有很大影响。颗粒度过大时，煤块在锅炉内燃烧时停留时间过短，煤炭中的焦碳没有完全燃烬，炉渣中的含碳量增大，增加了锅炉炉渣的物理热损失；颗粒度过小时，细煤粉在炉排上燃烧时通风不好，碳与氧不能很好地接触发生化学反应，易形成黑带，同时细煤粉也易被空气吹起，很快随着烟气被带走，增加了锅炉烟气中的飞灰热损失。因此要根据煤炭颗粒度合理调整给风量。煤的含水量在一定的含量限度内与挥发分对燃煤的着火特性影响一致，少量水分对着火有利，从燃烧动力学角度看，在高温火焰水蒸气对燃烧具有催化作用，可以加速煤粉焦碳的燃烧，可以提高火焰黑度，加强燃烧室炉壁的辐射换热。另外，水蒸气分解时产生的氢分子和氢氧根可以提高火焰的热传导率。但水分含量过大时，着火热也随之增大，同时由于一部分燃烧热热耗在加热水分并使其汽化和过热也降低了炉内烟气温度，从而使煤粉气流吸卷的烟气温度以及火焰对煤粉的辐射热都降低，这对着火不利。煤中杂质不仅会吸收煤燃烧生产的热量，降低锅炉热效率，增大锅炉运行时的除渣除灰量，而且对锅炉的安全运行带来很大危害。
FLUENT中应用DPM模型时双R分布的详细说明 使用动网格的模型在应用DPM模型进行计算时，Injection Type不能使用surface。 关于rosin-rammler分布 举例说明，有一组颗粒服从这样一种粒径分布，见下表： Diameter Mass Fraction Range (μm ) in Range 0-70 0.05 70-100 0.10 100-120 0.35 120-150 0.30 150-180 0.15 180-200 0.05 定义一个变量Y d，其定义为：比指定粒径d 大的颗粒的质量分数。那么上面所说的颗粒的粒径分布所对应的Y d 就是： Mass Fraction with Diameter,d(μm) Diameter Greater than d,Y d 70 0.95 100 0.85 120 0.50 150 0.20 180 0.05 200 (0.00) Rosin-Rammler分布函数假定粒径d和Y d只见存在这样一种指数关系： Y d = (e-(d /dm ))n（1） 其中d[size=10.5pt]m为平均粒径（Mean Diameter ）；n 为传播系数（Spread Parameter）。为了获得上述两种数值，需要找到d和Y d 的关系。 Mass Fraction with Diameter,d ( μm) Diameter Greater than d, Y d 70 0.95 100 0.85 120 0.50 150 0.20 180 0.05 200 (0.00) Y d = e-1≈0.368所对应的d值即为d[size=10.5pt]m，由于上表中没有0.368，所以需要根据已有数值进行拟合，得到曲线如下：
火力发电厂煤粉的燃烧 一. 燃烧煤粉对炉膛的要求 炉膛作为燃烧室，是保证炉膛正常运行的先决条件之一。燃烧煤粉时，对炉膛的要求是： 1.创造良好的着火、稳燃条件，并使燃料在炉内完全燃尽； 2.炉膛受热面不结渣； 3.布置足够的蒸发受热面，并不发生传热恶化； 4.尽可能减少污染物的生成量； 5.对煤质和负荷复合有较宽的适应性能，以及连续运行的可靠性。 二. 煤粉在炉膛内的燃烧过程 燃料从入炉内开始到燃烧完毕，大体上可分为如下三个阶段: 1.着火前准备阶段从燃料入炉至达到着火温度这一阶段称准备阶段。在这一阶段内，要完成水分蒸发，挥发分析出、燃料与空气混合物达到着火温度。显然，这一阶段是吸热过程，热量来源是火焰辐射及高温烟气回流。影响准备阶段时间长短的因素除燃烧器本身外，主要是炉内热烟气为煤粉气流提供热量的强弱，煤粉气流的数量、温度、浓度、挥发分含量及煤粉细度等。 2.燃烧阶段当达到着火温度后，挥发分首先着火燃烧，放出热量，使温度升高，焦炭被加热到较高温度而开始燃烧。燃烧阶段是强烈的放热过程，温度升高较快，化学反应强烈，这时碳粒表面往往会出现缺氧状态。强化燃烧阶段的关键是加强混合，使气流强烈扰动，以便向碳粒表面提供氧气，而将碳粒表面的二氧化碳扩散出去。 3.燃尽阶段主要是将燃烧阶段未燃尽的碳烧完。燃尽阶段剩余的碳虽然不多，但要完全燃尽却很困难，主要是存在着诸多不利于完全燃烧的因素，如少量的固定碳被灰包围着；氧气浓度已较低；气流的扰动渐趋衰减；炉内温度在逐步降低。如果燃料的挥发分低、灰分高、煤粉粗、炉膛容积小，完全燃尽将更困难。据试验，对细度R90=5%的煤粉，其中97%的可燃物可在25%的时间内燃尽，而其余3%的可燃物却要75%的时间才能燃尽。这也是实际锅炉中不可能使可燃物彻底燃尽的基本原因。 三. 影响燃烧的因素 燃烧速度反映单位时间烧去可燃物的数量。由于燃烧是复杂的物理化学过程，燃烧速度的快慢，取决于可燃物与氧的化学反应速度以及氧和可燃物的接触混合速度。前者称化学反应速度，也称化学条件；后者称物理混合速度，也称物理条件。 化学反应速度与反应空间的压力、温度、反应物质浓度有关，且成正比。对于锅炉的实际燃烧，影响化学反应速度的主要因素是炉内温度，炉温高，化学反应速度快。 燃烧速度除与化学反应速度有关外，还取决气流向碳粒表面输送氧气的快慢，即物理混合速度。而物理混合速度取决于空气与燃料的相对速度、气流扰动情况、扩散速度等。 化学反应速度、物理混合速度是相互关联的，对燃烧速度均起制约作用。例如，高温条件下应有较高的化学反应速度，但若物理混合速度低，氧气浓度下降，可燃物得不到充足的氧气供应，结果燃烧速度也必然下降。因此，只有在化学条件和物理条件都比较适应的情况下，才能获得较快的燃烧速度。 燃烧能迅速而又完全燃烧的基本条件主要有： 1.相当高的炉膛温度温度是燃烧化学反应的基本条件，对燃料的着火、稳定燃烧、燃尽均有重大影响，维持炉内适当高的温度是至重要的。当然，炉内温度太高时，需要考虑锅炉的结渣问题。 2.适量的空气供应适量的空气供应，是为燃料提供足够的氧气，它是燃烧反应的原始