直流煤粉射流着火距离模型及着火稳定性指数研究

摘要

近年来，煤炭供应紧张，煤质多变，导致煤粉着火特性差、燃烧不稳定，甚至造成煤粉熄火、炉膛爆燃等事故。为了防止煤粉熄火并保证其稳定燃烧，必须准确判断煤粉燃烧稳定性，以指导运行人员根据实际情况进行相应的燃烧调整操作。随着炉内煤粉燃烧模型的发展，借助煤粉燃烧数学模型来研究炉内煤粉燃烧状态成为了燃烧诊断提供了一种新的有效方法。
　　 本文以煤粉射流为研究对象，通过分析煤粉射流的卷吸换热、挥发分与焦炭的燃烧释热、煤粉颗粒与射流内气体的对流换热、煤粉颗粒与高温烟气以及水冷壁的辐射换热，应用煤粉射流的一维燃烧模型，建立了直流煤粉射流着火距离数学模型，其包括了氧质量浓度微分方程、煤焦颗粒直径微分方程、煤粉颗粒温度微分方程及一次风射流温度微分方程;并采用谢苗诺夫临界着火条件作为煤粉着火的判断依据，应用程序语言Matlab对煤粉着火距离数学模型进行编程。对某四角切圆锅炉在不同负荷、不同风煤配比与不同煤质下的着火距离进行了数值分析，结果表明，该数学模型能较好的计算煤焦的着火距离与模拟煤粉温度、射流内气体温度、氧质量浓度与煤焦颗粒直径在轴线方向上的变化;在研究过程中，发现煤焦的着火热源主要来自于与高温烟气的辐射换热，而并非与高温烟气的对流换热，这一结论与周怀春教授对煤粉颗粒温升的数值研究结果相符合。
　　 本文对燃烧系统能承受的临界燃煤量与一次风量扰动量进行数值计算，提出了煤粉着火稳定性指数:CSIV1、ISIB与ISIV1。通过对不同燃烧条件下的燃烧工况进行燃煤量的减少扰动和一次风量的增加扰动，计算与分析煤粉的着火稳定性指数。结果表明:着火稳定性指数能准确地定量描述煤粉着火稳定性，可作为对煤粉燃烧进行调整优化的依据，对于在实际运行中预测与诊断燃烧状态、优化燃烧、预防熄火具有重要意义，同时充分说明了煤粉射流着火距离数学模型能准确地定量判断煤粉的着火稳定性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 燃烧稳定性检测的研究现状

1．3 燃烧稳定性指数的研究现状

1．3．1 基于煤质的燃烧稳定性指数

1．3．2 基于燃烧过程参数的燃烧稳定性指数

1．4 研究内容

第二章 煤粉着火的理论研究

2．1 煤粉的着火方式

2．2 煤粉的燃烧工况

2．3 煤焦燃烧速度

2．3．1 质量作用定律

2．3．2 煤焦的反应级数

2．3．3 煤焦的燃烧速度

2．4 煤焦的燃烧反应动力学参数

2．4．1 煤焦燃烧动力学参数的研究现状

2．4．2 煤焦燃烧动力学参数的确定方法

2．5 挥发分的析出燃烧

2．6 煤粉着火模型的研究现状

2．6．1 煤粉颗粒群着火模型的研究

2．6．2 煤粉射流着火模型的研究

2．7 本章小结

第三章 煤粉燃烧当量直径的数值研究

3．1 煤粉粒度与分布的表示方法

3．2 焦炭的单一粒径

3．2．1 焦炭等燃烧速度当量直径

3．2．2 焦炭等燃尽率当量直径

3．2．3 煤粉燃尽率与当量直径的计算流程图

3．3 煤粉燃烧当量直径的计算实例

3．3．1 计算对象

3．3．2 过量空气系数变化时不同当量直径的燃烧过程计算

3．3．3 燃烧特性指数变化时不同当量直径的燃烧过程计算

3．3．4 煤粉均匀系数变化时不同当量直径的燃烧过程计算

3．3．5 煤粉细度变化时不同当量直径的燃烧过程计算

3．3．6 燃烧终了气流温度变化时不同当量直径的燃烧过程计算

3．3．7 燃尽率的相对误差及平均方差

3．3．8 当量直径数值计算结果及分析

3．4 本章小结

第四章 对流辐射条件下煤粉射流着火距离数学模型

4．1 四角切圆锅炉煤粉射流的物理模型

4．2 煤粉射流的流动特性

4．2．1 煤粉射流的轴心速度

4．2．2 煤粉射流的卷吸规律

4．2．3 煤粉射流的密度修正

4．2．4 煤粉射流的氧质量浓度

4．2．5 一次风与二次风的混合特性

4．3 煤粉射流内煤粉颗粒群温度变化的数学模型

4．3．1 煤粉射流的辐射传热量

4．3．2 煤焦的氧化释热量

4．3．3 挥发分燃烧释热

4．4 煤粉射流内气体温度变化的数学模型

4．4．1 一次风射流卷吸的热量

4．4．2 煤粉颗粒群与射流内气体的对流换热

4．4．3 二次风混入煤粉射流中的热量

4．5 煤粉射流着火距离模型的建立

4．5．1 煤粉颗粒直径的变化方程

4．5．2 煤粉颗粒的热量平衡方程

4．5．3 煤粉射流中氧质量的平衡方程

4．5．4 射流内气体的热量平衡方程

4．6 煤粉射流着火与熄火的判据

4．6．1 煤粉着火判据

4．6．2 煤粉射流稳定着火判据

4．6．3 煤粉射流熄火判据

4．7 煤粉着火距离的数值计算

4．7．1 计算方法与计算流程图

4．7．2 计算对象与条件

4．7．3 计算结果与分析

4．8 本章小结

第五章 着火稳定性指数的研究

5．1 着火稳定性指数的建立

5．2 着火稳定性指数的计算流程与计算实例

5．2．1 着火稳定性指数的计算方法与流程

5．2．2 计算对象

5．2．3 负荷变化时着火稳定性数值研究

5．2．4 挥发分变化时着火稳定性数值研究

5．2．5 一次风率变化时着火稳定性数值研究

5．2．6 着火稳定性指数的定量分析

5．3 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间论文发表情况

附录B 物理量名称及符号表

附录C 着火距离数学模型程序