大颗粒煤燃烧特性实验研究及层燃数值模型改进

发布时间：2017-08-16 08:28

  本文关键词：大颗粒煤燃烧特性实验研究及层燃数值模型改进

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【摘要】：我国拥有数量巨大的燃煤链条工业锅炉,每年的耗煤量仅次于电站煤粉锅炉,长期以来链条锅炉得不到重视,加之链条锅炉的燃烧方式本身较为复杂,对链条锅炉大颗粒煤燃烧特性的研究较少。本文以链条锅炉为研究对象,针对链条锅炉的燃烧工况,搭建层燃实验平台,研究大颗粒煤层燃条件下的燃烧特性。首先搭建了大颗粒煤等温热重实验台,对不同煤种、不同颗粒大小的大颗粒煤在不同温度条件下的热解、燃烧特性进行实验研究,找出不同条件下大颗粒煤反应的规律并得出热解反应参数为数值模型提供边界条件。同时对比实验结果和缩核模型计算结果,验证缩核模型对大颗粒煤燃烧过程的适用性。运用X衍射(XRD)和透射式扫描电镜(TEM)的方法对不同温度下的焦炭结构进行分析,找到大颗粒煤难以燃尽的根本原因是由于煤的结构在高温条件下趋于石墨化结构。同时搭建了单元体炉实验台模拟煤层在炉排内随着炉排移动的燃烧工况,对煤层堆积燃烧特性进行实验研究,对影响床层燃烧特性的主要因素诸如:煤种、煤层高度、颗粒大小、过量空气系数、配风进行了系统的实验研究,通过比较分析不同工况条件下实验测量的结果,掌握不同煤种的层燃特性和优化配风方式,从而为实际燃煤链条炉排工业锅炉的优化运行提供实验数据支持和理论依据。在实验研究的基础上对某酒厂一台典型工况链条锅炉进行现场测试,应用实验研究得出的运行规律对实际锅炉的链条炉排速度、煤层厚度、配风方式进行优化调试,通过分析煤层表面气体氛围,分析了改进后的运行方式优于司炉工运行方式的原因。最后,在团队现有的二维层燃数值模型的基础上开发了三维床层下降的链条锅炉层燃数值模型,进一步完善了现有的层燃数值模型,为了校验层燃模型计算的准确性,选取一台典型的链条锅炉进行数值建模,考虑到实际锅炉运行的不确定因素,通过与测试数据的比较模型能模拟煤层的燃烧过程及床层下降的基本过程。
【关键词】：链条锅炉 大颗粒煤 优化运行 层燃模型
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK229.6
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 床层燃烧的研究进展11-17
• 1.2.1 床层燃烧的物理化学过程11
• 1.2.2 煤燃烧的实验与数值模拟研究11-14
• 1.2.3 层燃特性的实验与数值模拟研究14-17
• 1.3 本文的研究内容和研究方法17-19
• 第二章 大颗粒煤等温热重实验研究19-38
• 2.1 前言19
• 2.2 大颗粒煤等温热重实验台设计19-21
• 2.3 实验方法21-23
• 2.3.1 样品准备21-22
• 2.3.2 实验步骤22-23
• 2.4 热解特性分析23-27
• 2.4.1 温度影响23-24
• 2.4.2 颗粒大小影响24-25
• 2.4.3 动力学参数计算25-27
• 2.5 焦炭燃烧特性分析27-32
• 2.5.1 温度影响27-28
• 2.5.2 颗粒大小影响28-29
• 2.5.3 缩核模型计算29-32
• 2.6 焦炭反应性变化的原因分析32-37
• 2.6.1 X射线衍射分析（XRD）33-35
• 2.6.2 透射式电镜表面分析（TEM）35-37
• 2.7 小结37-38
• 第三章 床层燃烧特性的实验研究38-65
• 3.1 前言38-39
• 3.2 可称重式单元体炉实验台39-41
• 3.3 实验方法41-42
• 3.3.1 样品准备41-42
• 3.3.2 实验步骤42
• 3.4 床层燃烧过程分析42-45
• 3.5 床层燃烧过程影响因素45-63
• 3.5.1 过量空气系数影响45-48
• 3.5.2 床层表面和内部气氛比较48-50
• 3.5.3 煤层高度50-52
• 3.5.4 颗粒大小影响52-55
• 3.5.5 配风方式影响55-59
• 3.5.6 不同煤种影响59-63
• 3.6 小结63-65
• 第四章 燃煤链条炉排锅炉燃烧实验65-74
• 4.1 前言65
• 4.2 燃煤链条炉排锅炉现场实验65-67
• 4.2.1 实验方法65-67
• 4.3 实炉运行调整67-72
• 4.3.1 一号炉、二号炉燃烧对比67-71
• 4.3.2 二号炉的运行调整71-72
• 4.4 小结72-74
• 第五章 链条锅炉层燃数值建模及改进74-89
• 5.1 前言74-75
• 5.2 床层模型75-79
• 5.2.1 概述75-76
• 5.2.2 气相控制方程76-77
• 5.2.3 固相控制方程77-79
• 5.3 煤颗粒燃烧过程中的物理化学过程模型79-83
• 5.3.1 水分析出80
• 5.3.2 挥发分析出与燃烧80-82
• 5.3.3 焦炭燃烧与气化82-83
• 5.4 物性参数83-84
• 5.4.1 煤的密度83-84
• 5.4.2 煤的比热84
• 5.5 三维模型的验证84-88
• 5.6 小结88-89
• 第六章 全文总结与展望89-91
• 6.1 全文总结89-90
• 6.2 进一步工作展望90-91
• 参考文献91-98
• 致谢98-99
• 攻读学位期间的学术成果99-101

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