煤粉燃烧过程的数值模拟

水泥回转窑内煤粉燃烧过程的数值模拟王乃帅 温 治 楼国锋 刘训良 郑坤灿 张 欣(北京科技大学 北京 100083)摘 要：本文应用标准kε−湍流模型、随机颗粒轨道模型、即混即燃模型、P1辐射模型以及多块非均匀结构化网格划分技术，对配有四风道燃烧器的水泥窑内煤粉燃烧过程进行了数值仿真，研究了多种操作参数对窑内燃烧工况的影响规律，提出了相应的优化操作制度。

关键词：水泥回转窑 煤粉燃烧 数值模拟Numerical Simulation of Pulverized Coal Combustion Procedurein Cement Rotary KilnWang Nai-shuai、Wen Zhi、Lou Guo-feng、Liu Xun-liang、Zheng Kun-can、Zhang Xin (University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083)Abstract: This paper presents a 3-D numerical study on the effects of various operational parameters on flame feature and temperature profile in cement rotary kiln with CFD software which combined the standard K-Epsilon turbulent model, random track mode, P1 radiation model and unstructured grid. A four-air channel coal burner and a cement rotary kiln are investigated. The optimal operational parameters are put forward.Key words: cement rotary kiln; pulverized coal combustion; numerical simulation1 引言水泥窑是一种以燃料燃烧、高温传热、生料反应以及生料输送为主要功能的水泥熟料生产设备，煅烧生料所需的热量来自于燃烧器向窑内直接喷煤燃烧[1]。

第36卷第7期 娃酸盐通报Vol.36 No.7 2017 年7 月_________________BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY_________________July,2017水泥回转窑煤粉燃烧过程的数值模拟赵良侠，边永欢，刘仁平，罗晓，王山辉，巧呈然(河北科技大学环境科学与工程学院，石家庄050018)摘要:为了研究水泥回转窑N O%浓度与温度的变化规律，对其内煤粉燃烧过程进行数值模拟，模拟结果与监测数据 相对吻合。

研究结果表明：当煤粉喷入量为一次风量的0.5〜1.0倍时，水泥回转窑冷却段、煅烧段、过渡段、出口 N O,浓度分别为〇、1〇〇〜1300 m g/m3、200 〜1300 m g/m3、100 〜1000 m g/m3，温度分别为1100 〜1300 K、1400 〜1900 K、1600〜1750 K、1300〜1700 K;煤粉喷射量为一次风量的0.6〜0. 8倍时，水泥回转窑内N O,浓度较低、温度较高，较为适合实际水泥生产工艺。

关键词:水泥；回转窑；数值模拟；NO;温度中图分类号:X511 文献标识码:A 文章编号:1001-1625 (2017) 07-2220-06Numerical Simulation of Pulverized Coal CombustionProcess in the Cement Rotary KilnZHAO Liang-xia ,BIAN Yong-huan，LIU Ren-ping, LUO Xiao, WANG Shan-hui ,DIA0 Cheng-ran(School of Environmental Science and Engineering, Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang 050018 , China)Abstract：In order to study the variation laws of N0X concentrations and temperatures in cement rotary kilns, combustion processes of pulverized coals were simulated inside them. Meanwhile, the results were relatively consistent with monitoring data. The study results indicate that the N0X concentrations are respectively 0, 100-1300 m g/m3, 200-1300 mg/m3, 100-1000 m g/m3and the temperatures are respectively 1100-1300 K，1400-1900 K，1600-1750 K，1300 〜1700 K in cooling zones, sintering zones, transition zones and outlet when pulverized coals are 0. 5-1.0times of primary airs. Whats more, the condition which pulverized coals are injected as 0. 6-0. 8 times of primary airs is relatively suited for actual cement technologies, because the N0X concentration is lower and the temperature is higher than other conditions in the cement rotary kiln.Key words ：cement ； rotary kiln ； numerical simulation ；N O； temperature1引言现阶段国内以颗粒物、S02、N0p汞化物和臭氧为特征的区域性复合型大气污染问题较为突出[1]，严重制约着社会经济的可持续发展、威胁人类健康。

一：模拟对象沉降炉试验台沉降炉（Drop Tube Furnace）又称滴管炉，是研究煤粉燃烧常用的一种实验台。

实验装置包括：配气系统、给粉系统、反应炉本体、预热炉、取样系统、水冷系统等部分。

反应炉本体由硅碳棒加热，理论加热温度不超过1400℃，温度控制由AL810 可编程温控表控制。

反应炉中心为一根长1290mm，直径50mm 的刚玉管。

预热炉采用电热丝加热，设计温度800℃，目的是将即将进入炉膛的反应气预热，以减小温度相对较低的反应气对温度场的影响。

为使气体能够均匀进入反应炉，在刚玉管的顶端放置了一个均流器。

DTF设计参数如表所示。

DTF 示意图如图所示。

二：建立模型画网格验证网格独立性•选择8万和10万的网格进行验证•8万网格中心面的平均速度是4.5432198 m/s•10万网格中心面的平均速度是4.5074441 m/s •通过计算得出的误差为0.79%•选择8W的网格8W网格中心面的平均速度模拟图10W网格中心面平均速度模拟图三：燃烧模拟涉及的各种模型a:能量方程b:流动所需的k-ɛ模型c:辐射所需的p1模型d:离散相模型e:非预混燃烧模型锅炉内的基本过程是非常复杂的湍流运动和燃烧过程，它涉及到三维湍流、多相、多组分流动；而热量的传递又包括对流换热、辐射换热、热传导；涉及到的相关化学反应又包括气相燃烧、颗粒相燃烧等。

对于如此复杂的过程，基本思路是用基本的物理－化学流体力定律，根据四个守恒定律即：质量守恒、动量守恒、能量守恒、组分守恒，建立流体湍流流和反映炉内燃烧过程的通用的微分方程组，再加上上述所要综述的模型，使微分方程组封闭，从而求解之。

k-ε模型概述：通常根据决定湍流粘性系数所需要求解的微分方程的个数把湍流粘性系数模型分成：零方程模型中混合长度模型、单方程模型中的k方程型、双方程模型中的k-ε模型是最常用的几种模型。

在关于湍动能k 方程的基础上再引入一个关于湍动耗散率ε的方程，便形成了k-ε双方程模型，成为标准k-ε 模型。

煤粉高温富氧无油点火的数值模拟郑建祥;李时光;朱秀丽【摘要】Simulate the ignition process of oil-free pulverized-coal in high-temperature oxygen-enriched by using Fluent software. Compare the oxygen-enriched condition with air condition in the difference flow rate of high-temperature air,as well as in different flow rate of primary air,and in different temperature of high-tem-perature air when igniting the pulverized coal. The results show that the temperature of oxy-enriched condition is higher than in the condition of air. Carbon monoxide content from burner exit is higher in air condition than in oxygen-enriched condition,and it could be seen that pulverized coal could completely burned in the oxygen-enriched condition. Ignition distance of pulverized coal increase after decrease as the rate of high-temperature is increasing. High temperature of primary air could decrease the ignition distance of pulverized coal.%高温空气无油点火技术对贫油的我国来说是一种较好的弥补，而我国火力发电又以劣质煤为主，导致高温空气点火时会使煤粉着火不稳定。

煤粉颗粒群着火和燃烧过程的数值模拟赵云华, 何玉荣, 陆慧林, 刘文铁, 沈志恒, 叶校圳(哈尔滨工业大学能源科学与工程学院, 哈尔滨150001)摘要: 建立了一维非稳态球形煤粉颗粒团的群燃烧模型.数值模拟煤粉颗粒团的着火和燃烧过程,获得了颗粒团燃烧火焰随时间的变迁.分析了煤粉颗粒团内部参数和外部环境参数对颗粒团着火和燃烧的影响.随着颗粒团内煤粉浓度的增加,颗粒团的均相着火延迟先减小后增加.增加煤粉颗粒尺寸和降低外部温度都会明显延迟均相着火.环境氧气含量的增加会减小着火延迟,同时增加颗粒团的燃烧速率.模拟计算和文献试验结果的变化趋势相吻合.关键词: 颗粒群燃烧; 煤粉颗粒团; 着火中图分类号: TK16 文献标志码: A 文章编号: 100628740 (2007) 022*******N um erical Analysis of I gnition and Combustion ofPulverized Coal P article C loudZH AO Y un2hua , HE Y u2rong , LU Hui2lin , L I U Wen2tie , SHE N Zhi2heng , YE X iao2zhen ( S chool of Energ y S cience and Engineering , Har b in Institu te of Techn olog y , Harb in 150001 , C hina)Abstract : A transient g rou p combustion m od el w as presented for the p u lverized coal particles in sp herical cloud. H om og eneous and heterog eneous reactions w ere m o d eled to take account of the interactions o f particles. The variation of flame stru cture of cloud was o b tained. The effects o f param eters on cloud ig nition and combustion w ere analyzed. The hom og eneous ig nition d elay w as de2 creased , an d then increased w ith the increase of concentration of par ticles. The increase of p u lverized coal size and d ecrease of amb ient g as temperature d elay hom og eneous ig nition. The d elay time w as redu ced , and the combustion rate w as increased w ith the increase of oxyg en concentration. S imulation resu lts w ere in ag reement w ith p ub lished experimental find ings.K ey w ords : g rou p combustion ; p u lverized coal cloud ; ig nition煤粉颗粒的着火和燃烧过程对于煤粉锅炉燃烧效率、排放特性和运行控制等具有重要影响,成为煤燃烧领域的重要研究方向之一. 煤粉颗粒的加热着火和燃烧与煤质特性和结构以及加热条件等密切相关. 单煤粉颗粒的加热、挥发分析出和燃烧过程中煤粉颗粒间反应过程的相互作用对于着火和燃烧行为的影响可以忽略不计.然而,随着煤粉燃烧技术的发展( 如浓淡煤粉燃烧技术、超细煤粉再燃技术等) ,由于气体湍流和颗粒碰撞、颗粒表面力作用等内在因素和外部因素(如煤粉浓缩器) 等,使得在气流中出现局部高浓度煤粉颗粒,形成低颗粒浓度的稀相区和高颗粒浓度的密相区.在富集煤粉颗粒的密相区,煤粉颗粒之间物质扩散、化学反应等相互作用将直接影响煤粉颗粒的着火、燃烧、燃尽和排放特性 1 ,因此需要考虑高数密度煤粉颗粒群燃烧特性的影响. Annam alai 等 2 建立了稳态的焦炭颗粒团燃烧模型,分析了颗粒团浓度对着火过程的影响. Du 等 3 建立了一维圆柱形煤粉颗粒群燃烧模型, 考虑了煤颗粒相的热解挥发、焦炭异相燃烧和气相燃烧,模拟分析了颗粒群的非稳态均相着火和异相着火.姚强等 4 以单煤粉颗粒为基准,采用有限气体空间的假设建立颗粒群着火模型,研究辐射传热条件下煤粉颗粒群非稳态着火过程,预测了不同条件下的着火方式、着火时间和着火温度. 盛昌栋等 5 采用了假设颗粒团内部具有相同气体温度和颗粒温度的集总参数法,收稿日期: 20062 032 22 .作者简介: 赵云华(1981 —) ,男,博士研究生,zha oyunhua @gmail . c om.·108 · 燃 烧 科 学 与 技 术 第 13 卷 第 2 期研究了受辐射加热条件下煤粉浓度对颗粒群 着 火 方 式 、着火时间和着火温度的影响 .笔者以煤粉颗粒团作为研究对象 ,考虑颗粒团内部气体和固相温度的差异 ,以及煤粉颗粒挥发分析出和焦炭燃烧反应过程 ,建立一维非稳态球形颗粒团燃 烧模型 ,模拟煤粉颗粒团的着火和燃烧过程 ,分析了煤 粉浓度 、环境温度和煤粉颗粒直径对煤粉颗粒团着火 和燃烧的影响 .的挥发分析出率 m ´V 和焦炭的异相反应消耗率 m ´C 共同决定 ,即m ´P = m ´V + m ´C煤粉颗粒温度 T p 由热平衡计算得到 ,即(4)dT p = m ´V q V + m ´C q C + hA p ( T g - T p ) +(5)m p c p d t 4 4ζp σA p ( T w - T p ) 式中 :方程右边第 1 、第 2 项分别为热解挥发和焦炭反 应放热 , q V 为挥发吸热率 , q C 为焦炭燃烧放热率 ; 右 边第 3 项为对流换热 ,换热系数 h = N u λ/ d p ,λ为气相 导热系数 , A p 指煤粉颗粒表面积 ; 右边最后一项为辐 射换热 ,ζp 为煤粉黑度 ,σ为波尔兹曼常数 , T w 为辐射 边界温度 .假设煤粉颗粒燃烧过程中挥发分析出只影响煤粉 颗粒的密度 ,直径保持不变 ;煤粉的异相反应只影响煤煤粉颗粒团的群燃烧模型1 考虑一球形颗粒团的半径为 R C ,其中均匀分布着直径为 d p 、数密度为 n 的煤粉颗粒. 整个颗粒团处于 高温环境中 ,初始时刻颗粒团内的颗粒和气体温度均 为 T 0 ,环境温度为 T ∞ . 在对流传热和环境热辐射共同 作用下 ,分 ;挥发分与周围空气混合并发生氧化反应. 学反应速率达到一定程度 ,便产生着火燃烧 ,团燃烧火焰 .为简化分析 ,现假设如下 : ( 1) 颗粒团为球形对称结构 ; (2) 煤粉颗粒为点源 , 燃烧过 程 空 间 位 (3) 理想气体 ,全场等压 、无黏性 . 对于一维燃烧和传热 过程 ,煤粉颗粒群燃烧过程可用守恒方程表示.111 气相守恒方程质量守恒方程4 ,6 ] ,即(6) (7)[ 3 ]挥发分析出率采用两步竞争反应模型 ,即471336 ×105 m ´V , I = - αI 317 ×10 ex p - m d a f RT(8) 521511 ×1013m ´V , II = - αII 1146 ×10 ex p - m d a fRTm ´V , I m ´V , II m ´daf = + (9)5ερ 1 5 αIαII2ερ ) + 2 ( r u = S m r 5 r( ) 15 t 式中 :αI 和 αII 为热解常数 ; m da f 为尚未分解的原煤质量.物质组分守恒方程5 (ερY i ) 1 5 1 5 2ερ ) 2114 焦炭异相反应模型在模拟计算中 ,煤粉颗粒的异相反应过程为C + O 2 →C O 22C + O 2 →2C O C + C O 2 →2C O+ 2 ( r uY i r 5 r = 2 r 5 r r ερD · 5 t 5 Y i(2)(A ) (B ) ( C )+ S i5 r能量守恒方程 5 (ερh T ) 1 5 12ερ + ( r uh T= · r 2 5 r r 2) 化学反应速率按表 16 —8 计算. 各物质的总反应速率为u A u B u C 5 2ερD 5 h T+ + πd 2ρ m ´ = - (10) ( ) + S 3r C β β β p ph T 5 r 5 rCA CB CC2m ´O ,s = - ( u A + u B )πd p ρp(11)式中 :ρ为气相密度 ;ε为颗粒团空隙率 ; u 为混合气 体径向速度 ; r 为距颗粒团中心的距离 ; D 为气体扩散系数 ; Y i 为组份 i 质量分数 ; h T 为混合气体热焓 ; S m 、21 +βCA2m ´CO ,s = -u A - u C πd p ρp (12)βCA2其中 ,βCA 、βCB 和 βCC 为化学反应当量比 ,计算反应速率S i 和 S h 分别为煤粉颗粒相引起的气相质量 、物质组 T[ 6 ]所用的颗粒表面的气体浓度 Y O ,s 和 Y CO ,s 分别为 分和能量的增加率. 112 固相控制方程煤粉颗粒燃烧过程中质量变化率 m ´P 由热解产生22m ´O , s m ´O ,s m ´ c p p 2 2(13)Y O ,s = - + ex p Y O + m ´pπd pN u λpm ´p2 22007 年 4 月 赵云华等 :煤粉颗粒群着火和燃烧过程的数值模拟 ·109 ·3m ´CO , s响 ,本文采用 Du 等 的着火定义 : 局部气相温度超过 两边相邻层气体的温度 ,则认为发生均相着火 ;局部的 颗粒相温度超出它周围气相的温度 ,则认为发生异相 着火. 图 1 为煤粉团燃烧模型.m ´CO ,sm ´ c 2p pY CO ,s = - + 2ex p (14)Y + m ´p πd N uλ COm ´22p p p 其中 , c p 和λp 分别为煤粉颗粒的比热容和导热系数.115 气相反应假设煤粉颗粒热解挥发物质为 CH 4 和 C 3 H 8 ,气相 化学反应为2CH 4 + 3O 2 →2C O + 4 H 2 O 2C 3 H 8 + 7O 2 →6C O + 8 H 2 O 2C O + O 2 →2C O 2 2C O 2 →2C O + O 2其中 ,化学反应速率见表 1 所示.(D )( E ) ( F )( G )表 1 气相化学反应速率计算模型图 1 煤粉团燃烧模型2 图 2 表示颗粒团燃烧过程中气相温度的变化 . 由 图可见 ,颗粒团内部气相温度在前 16 m s 平缓升高 ,约在 1715 m s 时出现局部峰值 ,峰值点位置位于颗粒团 外 . 随后 ,气相温度逐渐升高并形成燃烧火焰 ,在 18 m s 之后 ,气相燃烧火焰分离成两个 ,一个穿透到颗粒团内 部 ,另一个则向外围传播 . 最终 ,内部火焰消失 ,仅有外 部火焰维持并控制着颗粒团的燃烧 .22 CH O g4 2 C H O g 3 8 2 H O O g2 2 2116 初始 、边界条件和计算方法在 t = 0 时刻气相 Y i = Y i ,0 , T g = T g ,0 , r ≤R CY i = Y i , ∞ , T g = T ∞ , r > R Cm p = m p ,0 ,ρp =ρp ,0 , d p = d p ,0 ,T p = T p ,0 , T w = T ∞r →∞: Y i = Y i , ∞ , T = T ∞ , T w = T ∞煤粉颗粒相 边界条件r = 0 : 5 T = 5 Y = u = 0 5 r 5 r g k图 2 气相温度的变化本文采用 Du 等 3 数据作为基本工况参数 : T =∞ 1 500 K , T g ,0 = T p ,0 = 300 K , Y O ,0 = 0123 , R C = 012252图 3 表示初始的单个火焰结构 . 由图可见 ,火焰的 位置在颗粒团表面附近 ,是由热解挥发物质和氧气的 剧烈反应诱发的 ,火焰的形成将快速加热火焰中的煤粉颗粒 ,从而产生高挥发分析出率 . 图 4 为双峰火焰结 构 . 由于初始火焰中氧气的耗尽和挥发分的大量析出 , 单个火焰最终被分离成两个火焰峰 . 内部火焰向煤粉 颗粒团内传播 ,一方面消耗颗粒团内部的氧气 ,另一方 面高温火焰快速加热内部煤粉颗粒 ; 而外部火焰则向 外界有氧的环境中扩散 . 图 5 为挥发分扩散控制的燃 烧火焰结构 . 此时 , 内部火焰因为 氧 气 的 耗 尽 已 经 消 失 ,整个颗粒团的燃烧主要表现为挥发分的扩散燃烧 .- 5cm , d p = 64μm ,ρD = 5 ×10 kg/ (m ·s) ;煤质成分 : w C =84163 % , w H = 5147 % , w N = 2113 % , w O = 7177 % ; 煤粉颗粒数密度 n = 61417 ×103cm - 3( 煤粉空气质量比为31) ,颗粒密度 ρp = 1 300 kg/ m . 方程 (1) ～(3) 采用隐式 上风格式离散求解 ,而源项的求解采用显式方法.2 计算结果和讨论211 颗粒团燃烧过程煤粉着火是一个复杂的过程 ,受到许多因素的影反应过程化学反应速率/ (m ol ·(cm 3 ·s ) - 1 )A B C D E F Gu A = 11225 ×103Y O ,s exp ( - 91977 ×104/ RT p ) u B = 11813 ×103Y O ,s exp ( - 11089 ×105/ RT p ) u C = 71351 ×103Y O ,s exp ( - 1138 ×105/ RT p ) u D = 219 ×1012 Y 017 Y018 exp ( - 24 358/ T ) u E = 816 ×1011 Y011 Y1165 exp ( - 15 098/ T )u F = 21239 ×1012 Y C OY 015 Y 0125 exp ( - 20 131/ T )u G = 510 ×108Y CO exp ( - 20 131/ T g )·110 ·燃烧科学与技术第13 卷第2 期图6 为剩余焦炭燃烧的火焰结构. 此时,热解挥发物质燃烧完毕,内部焦炭颗粒被氧化成C O ,颗粒团外形成C O 的扩散燃烧火焰.212 煤粉浓度的影响图7 表示不同煤粉浓度颗粒团的着火时间曲线.当煤粉浓度较低时,均相着火时间随着浓度的增加而减小;而当煤粉浓度较高时,均相着火时间随浓度的增加而增大. 因为在低浓度时,颗粒浓度的增加会产生更多的挥发分,从而更容易引发均相着火;但是当颗粒浓度增加到一定程度,固体颗粒团的温度升高将会吸收更多的热量, 从而延迟挥发分的析出和均相着火. Du等3进行了煤粉颗粒群的着火实验研究,得到了煤粉颗粒群的均相着火延迟时间.本文模拟获得的均相着火延迟时间与Du 等的实验结果具有相同的变化规律,两者定量上的差异主要来自于Du 等的圆柱模型与本文球型模型的不同以及实验中颗粒群与气流间存在相对速度等因素. 比较图7 中颗粒团均相和异相着火时间,可以看出,对于颗粒/ 空气质量比小于5 的稀疏煤粉颗粒团先发生异相着火,而密实的煤粉颗粒团则先发生均相着火. 盛昌栋等9 实验研究了煤粉气流着火方式与煤粉浓度的关系,结果也表明随着煤粉浓度的增加,着火方式由异相着火向均相着火过渡. 图7中,当过渡到颗粒团先发生均相着火后,异相着火时间有较大突变. 因为均相着火发生后,颗粒团周围会形成挥发分燃烧火焰,导致局部气体温升大于颗粒异相反应造成的煤粉颗粒温升,从而使得异相着火时间有较大延迟.图3初始火焰结构的物质组分和温度分布图4双峰火焰结构的物质组分和温度分布图5 挥发分火焰结构的物质组分和温度分布图7 煤粉浓度对着火延迟的影响213 颗粒尺寸的影响图8 表示相同煤粉颗粒浓度下不同煤粉粒径对煤粉团燃烧的影响. 由图可见,均相着火时间随着内部颗粒直径的减小而急剧减小,因为随着颗粒直径减小,颗粒团内的比表面积将增加,辐射传热和对流换热也随之加快,颗粒温度迅速升高并释放出挥发分,从而更快达到均相着火. 图中整个颗粒团的质量变化曲线基本相似,其变化可大致划分为以热解挥发为主的前一段和之后的焦炭燃烧段. Ayling 和Sm ith10 实验研究直径为45 μm 和25μm 的焦炭粒子流在1 415 K 的空气环图6 焦炭火焰结构的物质组分和温度分布2007 年 4 月 赵云华等 :煤粉颗粒群着火和燃烧过程的数值模拟 ·111 ·果 . 由图可见 ,两者的变化趋势是一致的 . 图 11 表示相同煤粉浓度条件下 ,氧气质量分数对颗粒团燃烧过程 的影响. 由图可知 ,随着氧气质量分数的增加 ,整个颗 粒团的热解挥发和焦炭燃烧都有明显加快.境中的燃烧速率 ,结果表明焦炭颗粒群的燃烧速率基 本相同. 图中计算结果也表明 ,整个颗粒团燃烧速率几乎不受内部煤粉颗粒尺寸的影响 .图 8 煤粉颗粒尺寸对着火和燃烧的影响图 10 氧气质量分数对着火的影响214 环境温度的影响图 9 表示相同煤粉浓度下环境温度对颗粒团燃烧的影响. 由图可见 ,随着环境温度的增加均相着火明显 提前. 但是整个颗粒团的燃烧速率并不随着外界温度 的变化而变化. Annam alai 2研究了外界温度对焦炭颗 粒团燃烧的影响 ,发现颗粒团的燃烧速率随着外界温度的增加而增加 ,同时作者指出了气流对颗粒团的吹 散作用 、温度对氧气扩散的作用等物理效应是促使燃 烧速率增加的主要原因 . 然而 ,在本文的模拟研究中 , 煤粉颗粒被固定 ,ρD 也被处理为常数 ,因此 ,模拟计算 结果 未 能 反 映 环 境 温 度 变 化 对 颗 粒 团 燃 烧 速 率 的 影响.图 11 氧气质量分数对群燃烧的影响3 结 语本文建立了一维 非 稳 态 煤 粉 颗 粒 团 的 群 燃 烧 模 型 ,数值模拟了煤粉颗粒团的燃烧过程 ,获得了着火的产生和整体火焰的变化 . 研究表明 ,当颗粒和空气质量 比小于 5 时 ,煤粉颗粒团的着火先是异相着火 ,而当质 量比大于 5 时 ,煤粉颗粒团的着火先是均相着火 . 随着 燃烧过程的进行 ,初始的燃烧火焰被分离 ,一个向颗粒 团内部传播 ,另一个向外传播 ,最终内部火焰消失 ,外 部火焰控制着整个颗粒团的燃烧 .随着煤粉团的颗粒浓度增加 ,煤粉颗粒团的均相 着火延迟先减小后增加 . 增加煤粉颗粒尺寸和降低外 部温度会明显延迟均相着火 ,但对颗粒团的燃烧速率 影响不大 . 环境氧气浓度的增加会减小着火延迟 ,同时 明显的加快颗粒团的燃烧速率. 图 9 外界温度对着火和燃烧的影响215 氧气质量分数的影响图 10 表示相同煤粉浓度下氧气质量分数对着火 时间的影响 . 由图可见 ,随着氧气质量分数的增加 ,均 相着火和异相着火都相应的会提前 . 但是 ,氧气质量分 数的增加对着火的影响幅度没有颗粒团内部颗粒直径 和外部温度的影响明显. 图 10 中同时给出 Saito 等11 对 45 μm 煤粉颗粒流在 1 200 ℃环境中的着火实验结参考文献 :1韩才元 ,徐明厚 ,周怀春 ,等 . 煤粉燃烧 M . 北京 : 科学出·112 · 燃 烧 科 学 与 技 术第 13 卷 第 2 期Fuel ,2003 ,82 :8932907.版社 ,2001.Han C aiyu an , Xu Ming hou , Zhou jet J . Hu aichun , et al . 7Westbrook C K , Dryer F L . 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