煤粉燃燒的數(shù)學(xué)模型(已修改)
2025-08-13 15:06 本頁面
【正文】 煤粉燃燒的數(shù)學(xué)模型 燃燒過程模化的一般研究 ? 在過去的 30多年的時間里 ， 人們對燃燒過程的模化予以很大的重視 ， 計算機的發(fā)展更使這一發(fā)展成為可能 ， 目前 ， 已有商業(yè)化應(yīng)用程序的出現(xiàn) 。現(xiàn)有的模型方法的發(fā)展已開始走向?qū)嵱?。 ? 燃燒過程的模化不僅受到計算機儲存能力和運算速度的限制 ， 同時又缺乏估計評價這些計算模型的基本數(shù)據(jù) 。 因此近 10年的研究中 ， 人們在開發(fā)燃燒通用商業(yè)化程序的同時 ， 將重點放在其涉及的煤的燃燒過程的機理研究方面 ， 使各種機理模型更加接近實際的應(yīng)用要求 。 發(fā)展煤燃燒模型的關(guān)鍵在于 預(yù)示出整個顆粒群的特性 。 、 穩(wěn)態(tài)的試驗數(shù)據(jù)是否可用于預(yù)示非穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)過程的特性 。 ， 只要對這些速率控制過程進行描述就可對整個過程作出描述。 ， 盡管精度尚需提高但仍能得到有益的結(jié)果 。 ， 不可能對各個子模型給出充分 、 完整的評價 ， 但其總體參數(shù)的評價仍是可靠的 。 ? 這些基礎(chǔ)前提有可能是不準(zhǔn)確的 ， 而其正確性又得不到直接證明 ， 因此在整個模型的應(yīng)用中 ， 必須小心地結(jié)合試驗數(shù)據(jù) ， 運用數(shù)值試驗方法來估價模型的精確性與可靠性 。 ? 從另一個角度看 ， 雖然燃燒過程包含著復(fù)雜的微觀過程 ， 但其宏觀特性卻呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性 ， 包括宏觀的溫度場 、速度場 、 濃度場 、 傳熱 、 傳質(zhì) 、 流動等特性 ， 這表明用數(shù)學(xué)方法來描述這種過程是可能的 。 獲得試驗方法無法得到的信息包括 1) 確定爐膛 ， 燃燒器的總的基本特性； 2) 解釋和進行測量結(jié)果的分析 ， 以及進行優(yōu)化數(shù)值試驗 （ CAT方法 ） ； 3) 確定敏感的變量； 4) 確定速率控制過程； 5) 確定需要深入研究的領(lǐng)域； 6) 控制燃燒過程； 7) 進行設(shè)計和優(yōu)化； 8) 幫助進行比例放大的工程設(shè)計； 9) 提出合適的優(yōu)化運行方式； 10) 控制污染物排放的可行措施 。 1) 求出燃燒室中的溫度分布和壁面熱流分布 ， 分析其熱工況； 2) 求解氣相流場 ， 分析流動工況 （ 各股氣流的混合 、 流速、 湍流和回流情況 ） ； 3) 求出顆粒的反應(yīng)經(jīng)歷 、 分析積灰 、 結(jié)渣和磨損過程； 4) 求出顆粒的反應(yīng)經(jīng)歷 ， 合理組織氣流流動； 5) 求解氣相組分分布 ， 分析合理的反應(yīng)混合情況； 6) 輔助燃燒器的設(shè)計； 7) 對低 NOx控制的指導(dǎo)； 8) 了解燃料變化對鍋爐總體運行的影響； 9) 進行計算機數(shù)值試驗 （ CAT） ， 估計實驗結(jié)果 ， 幫助進行按比例放大的工程設(shè)計及優(yōu)化運行 。 煤粉燃燒主要物理、化學(xué)現(xiàn)象及其模型 物理化學(xué)現(xiàn)象 子模型煤顆粒擴散 兩相流湍流擴散煤顆粒蒸發(fā) 水份蒸發(fā)氣相湍流 氣相湍流氣相回流 氣相湍流，旋轉(zhuǎn)流場氣 煤，顆粒導(dǎo)熱 / 傳熱 對流傳熱氣 煤，氣 周圍輻射傳熱 輻射傳熱顆粒 顆粒相互作用 相間傳輸顆粒揮發(fā)份析出 揮發(fā)份析出顆粒焦 氧，蒸汽反應(yīng) 異相反應(yīng)顆粒多孔介質(zhì)內(nèi)孔反應(yīng)與擴散 內(nèi)孔隙傳質(zhì)與擴散煤的結(jié)團與破碎 煤粒形態(tài)變化氣體 揮發(fā)物反應(yīng) 湍流燃燒模型污染物形成 NOx， SO2生成模型灰渣形成 灰渣形成結(jié)灰、除渣、磨損 灰，顆粒 / 壁面相互作用綜合的煤粉燃燒過程的系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)有三個方面 1) 氣相湍流運動的研究方法 ， 這一方面的研究由于基于湍流模型的發(fā)展 ， 人們對各種場合應(yīng)用雙方程或多方程的湍流模型， 獲得了可靠的結(jié)果 。 這方面研究的成果為進一步研究整個燃燒過程打下基礎(chǔ) 。 2) 湍流和其他物理現(xiàn)象的相互作用 ， 最重要的發(fā)展是顆粒湍流擴散的隨機方法的出現(xiàn) ， 使得液滴 ， 顆粒流的擴散問題獲得了令人滿意的結(jié)果 。 反映湍流 氣相反應(yīng)的湍流燃燒模型近年也得到了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展 。 3) 煤粉燃燒動力學(xué)研究和煤粉燃燒形態(tài)學(xué)方面的發(fā)展 ， 為煤粉顆粒本身的?；蛳铝嘶A(chǔ) 。 如煤的加熱 ， 熱解 （ 揮發(fā)物析出 ） ， 焦炭反應(yīng)過程中的形態(tài) ， 結(jié)團 、 破碎 、 膨脹 、 收縮等研究 。 單顆煤粒經(jīng)歷模型 ? 煤粒的加熱 ? 水份蒸發(fā)模型 ? 揮發(fā)份析出模型 ? 焦炭的非均相反應(yīng)模型 ? 煤粒在燃燒室中的其它經(jīng)歷模型 – 氣體顆粒傳質(zhì) – 煤粉顆粒在反應(yīng)中的物理變化 煤粒的加熱 )( pspppp hhdtdmdtdimQ ????prpcp Q??? ??水份蒸發(fā)模型 )1()(wwjjimwgwjjiwmgimwwmmxdNuxxAnDCNuMm??????wfjjwhm???)()( m a x?揮發(fā)份析出模型 焦炭的非均相反應(yīng)模型 煤粒在燃燒室中的其它經(jīng)歷模型 ? 氣體顆粒傳質(zhì) 3/ ScSh ??煤粉顆粒在反應(yīng)中的物理變化 ( 1) 水份蒸發(fā)時，顆粒從球體變?yōu)槎嗬怏w，同時直徑保持不變，顆粒產(chǎn)生結(jié)團，結(jié)團直徑與初始滴徑相同，同時也有二次霧化和破碎產(chǎn)生。( 2) 顆粒相在分解過程中，顆粒從多棱體變?yōu)榻蛐?，對于煙煤，膨脹因?= ，顆粒在揮發(fā)份不均勻析出時形成空心球或 “ C ”形球，也可能發(fā)生爆裂破碎。( 3) 焦炭反應(yīng)時，焦粒的
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