煤粉细度及浓度对炉内燃烧的影响

爆炸三个必要条件：可燃物浓度，氧，点火能量。
水分的影响： 煤粉水分影响流动性与爆炸性。
☻ 水分高：流动性差，易堵，粉仓搭桥。影响着火与燃烧。 ☻ 水分低：自燃与爆炸。干燥耗能增加。
煤粉细度 Rx
煤粉的细度Rx（Dx） 用具有标准筛孔尺寸的筛子进行筛分测定。如 筛孔边长为xμm，煤粉过筛后，漏下去的煤粉质量为b，留在筛子上 的煤粉质量为a，则煤粉细度可用筛子上的剩余率或通过率表示
这是因为在一定的煤粉浓度下, 煤粉越细, 进行 燃烧反应的表面积就会越大, 而煤粉本身的热阻却 减小, 因此可以加快化学反应速度, 更快达到着火; ☻煤粉细度R90 由10% 减小到5% 时, 着火温度降低 了239 ℃, 着火距离缩短了130 mm;
☻煤粉细度R90由20% 减小到10%, 着火温度降低了 36 ℃, 着火距离缩短了70 mm, 变化幅度减小。 因此, 仅从促进低挥发分煤着火稳燃的角度考虑, 煤粉细度R90为5%是一个较好选择。
☻由于高温空气与煤粉气流温差较大，在与煤粉气 流混合时其温度略有降低； ☻随着煤粉脱出挥发分及挥发分的着火燃烧，周围 烟气温度又开始升高； ☻当烟气温度突升时，煤粉开始着火，本文以烟气 温度突升时所对应的距离为着火距离。
煤粉浓度对着火的影响研究
图2
煤粉浓度与着火距离的关系
煤粉浓度对着火的影响研究
☻煤种特性 ☻加热环境的温度 ☻加热时间的长短
daf
T越高，Vdaf越大。
时间越长，Vdaf越大。
煤粉越细，Vdaf越大。
☻煤粉颗粒的直径
挥发分对燃烧的影响
着 火 温 度 （ ）
℃
Vdaf (%)
Vdaf （%,） 挥发分对着火温度的影响
挥发分对稳燃负荷的影响
煤粉气流着火指数与挥发分间的关系
1000
着火难 易指标
着火与燃烧特性的概念
着火
由缓慢的氧化反应迅速过渡到剧烈自动加速反应 过程，反应系统的温度出现阶跃性升高。
燃烧特性
反映燃料着火难易、燃烧稳定性、燃烧速度、燃
烧效率、不同阶段燃烧动力学规律的燃烧技术指
标。
燃烧特性指标
各种燃料在不同条件下燃烧反应动力学 的准确数学描述，即阿累尼乌斯定律中 K0、E的准确数学描述。
场条件的制约，合理的煤粉平均粒径
为50~70 μm。
模拟结果与实验数据的比较
将数值模拟部分结果图2与实验研究结果进行了比较，如图4 所示煤粉浓度对着火的影响规律。2 种方法所得结果趋势相同。 着图 火 温实 度验 的所 关得 系煤 粉 浓 度 与 4
结论
数值模拟及实验结果表明：
当一级筒入口的煤粉浓度为0.8kg/kg 时着火距离最短；
煤粉细度对燃尽率的影响的研究
• 煤粉细度变化对燃烧特性影响的试验条件见表3
煤粉细度对燃尽率的影响的研究
随着煤粉粒度减少, 即煤粉细度R 90 由20%、10% 减小 到5%, 飞灰含碳量 由7. 71%、6 . 22%降低到0. 45%。 可见, 当煤粉细度 R90 为5% 时, 煤 粉燃烧非常充分。
煤粉细度对燃烧特性的影响的研究
根据表3 试验条件得到燃煤细度变化时的燃 烧特性为:
☻随着煤粉细度逐渐变小, 即煤粉细度R90 由20%、10% 减小到5% , 着火温度由1 258、 1 222 ℃降低到983 ℃ , ☻着火距离由350、280 mm 缩短到250mm, ☻变化基本是线性的。
煤粉细度对燃烧特性的影响的研究
黄子涵
影响炉内燃烧的因素
——煤粉细度、煤粉浓度
目录
煤粉的性质
煤的着火与燃烧特性
1 2 3
煤粉气流的着火与燃烧
煤粉细度与浓度对燃烧的影响研究
4
第一章 煤粉的性质
煤粉的一 般性质
煤粉细度 Rx
煤粉均匀 性系数n
煤的可磨 性系数
煤粉的一般性质
形状不规则:d<500μｍ 20～30μｍ多。 良好的流动性:表面积大，表面吸附大量的空气,输送方便。 自燃和爆炸性：吸附了大量空气，缓慢氧化，温升，达着火温度自 燃。适当的条件下引起爆炸。
☻焦碳的燃烧过程决定了煤燃烧过程的长短与燃烧
效率。
煤粒子的着火机理与燃烧物理模型
火焰
挥发分煤粒子周围挥发 分的浓度较低
煤粒子周围挥发分的 浓度较高，达到着火 所需的最低浓度
煤粒子周围的挥 发分着火燃烧
燃烧过程中煤粒型态变化物理模型
缩核模型：
等径模型：
爆裂模型：
基本结论
小的煤粉颗粒比大颗粒更易于着火；
R200< R90， n为正值；
☻ 当R90一定时，n值越大，则R200越小，说明煤粉中过粗的煤粉较少；
☻ 当R200一定时，n值越大，则R90越大，说明煤粉中过细的煤粉较少。
n值越大，煤粉中过粗和过细的煤粉均较少，即煤粉粒度分布较均匀。
☻ n取决于磨煤机和粗粉分离器的型式，一般取n = 0.8～1.2。
从图2可以看出，随着煤粉浓度的增加，着火距离 首先减小，当煤粉浓度为0.8 kg/kg 时降为最低， 然后又随煤粉浓度的升高而增加。 ☻这主要因为煤粉浓度低时，煤热解释放出的挥发 分含量较少，其燃烧放出的热量较少； ☻随着煤粉浓度继续增加，煤粉释放的挥发分足够 多，其燃烧产生的热量可以快速加热煤粉气流，使 得着火距离缩短，煤粉浓度为0.8 时着火距离降至 最短； ☻煤粉浓度继续升高，其升温所需热量随之增加， 不利于挥发分的析出，致使其着火距离延长。
FI(℃ )
800 600 400 200 0 5 10 15 20 25 30 35
Vdaf(%)
着火难易指标
煤的反应活化能E：
燃料的反应活化能越低，着火越容易，燃烧速度越快；
着火温度Ti：
煤粉粒子或煤粉气流开始着火燃烧时的温度，为着火温度。
着火的显著标志就是反应系统的温度一阶跃升高。
着火指数FI：
表2 各工况入口条件的选取
煤粉浓度对着火的影响研究
• 数学模型
对于气相湍流模型，本文使用标准k-ε 双方程模型。在三 维直角坐标系，控制方程统一形式为：
煤粉浓度对着火的影响研究
图1
不同煤粉浓度下烟气温度沿轴向趋势
煤粉浓度对着火的影响研究
图1 为稍偏离中心线，y=−0.04 m 时烟气温度在 不同煤粉浓度下沿轴向变化趋势。
煤粉燃烧的一般过程 煤粒子的着火机理与燃烧物理模型 燃烧过程中煤粒型态变化物理模型 煤粉气流的燃烧稳定性（着火与熄火）
燃烧稳定性的理论解释 影响燃烧稳定性的因素
煤粉燃烧的一般过程
煤粉喷入炉内后，煤粉粒子经历的过程：
加热升温 水分析出 挥发分析出
挥发分着火燃烧
焦碳着火、燃烧与燃烬
☻挥发分的析出、着火燃烧，对煤粉气流的着火与 燃烧稳定性具有重要的影响；
制取200× 400目窄筛分煤粉试样，使煤粉高度离散地缓慢通 过炽热的试验炉膛，取能使煤粉颗粒着火的最低炉膛温度 为煤粉颗粒的着火指数。
煤粉浓度对煤粉气流着火指数(℃ )的影响
煤粉浓度 (kg/kg) 0.2
阳沁无烟煤
黄陵烟煤
无烟煤/烟煤 =7/3
无烟煤/烟煤 =3/7
1000 970 950
740 720 705
煤粉细度对着火的影响
保持其他条件不变，改变煤粉细
度从平均粒径34 μm 增加到81 μm，求得煤粉细度与着火距离的
关系(图3)。
煤粉细度对着火的影响
图3 煤粉细度与着火距离关系
煤粉细度对着火的影响
☻从图3可以看出随着煤粉平均粒径增大
，着火推迟；
☻但太小的煤粉粒径并没使着火显著提
前，且煤粉细度受到磨煤机和其它现
谢谢观赏
煤的可磨性系数
煤的可磨性系数表示煤磨成一定细度的煤粉的难易程度。
BTN 全苏热工研究所（BTH） K km
在风干状态下将质量相等的标准煤和试验煤由相同的粒度磨制成相同 的细度时，消耗的能量之比
BTN K km <1.2 为难磨煤
BTN K km >1.5 为易磨煤
哈氏可磨性指数 HGI
HGI< 62 为难磨煤
合理的煤粉平均粒径为50~70 μm。
煤粉细度对燃尽率的影响的研究
试验方法
☻试验采用两种煤种, 利用沉降炉进行燃烧试验, 以考察不同煤种以不同比例混合得到的配煤着火、 燃烧、燃尽、结渣以及污染排放特性。 ☻以炉膛温度1 300℃、过量空气系数1. 2、煤粉细 度R90 = 10% 作为主要试验条件, 研究各种配煤的 燃烧特性; ☻针对不同的煤粉细度( R90= 5%、10%、20% )，得 到配煤的燃烧特性及其影响因素。
煤 粉 细 度 对 着 火 的 影 响
煤 粉 细 度 对 燃 尽 率 的 影 响
煤 粉 细 度 对 燃 烧 特 性 的 影 响
煤粉浓度对着火的影响研究
煤质情况
机组实际燃烧用褐煤，煤的工业分析及元素分析见表1
煤粉浓度对着火的影响研究
模拟工况
模拟运行中的关键参数的变化对点火过程的影响，包括高 温空气速度、一次风速、一次风煤粉浓度、煤粉细度等。
800 775 760
765 745 730
0.4
0.6
0.8
940
695
750
720
煤的燃烬特性
煤粒从着火开始至完全
燃烧时所需的时间 t；
从着火开始，在规定的
燃烬特性通常在 差热天平中通过 TG曲线得到。
时间内所燃烬的份额 r
。
影响燃烬特性的主要因素：
煤种
燃烧温度 细度 氧气浓度
第三章 煤粉气流的着火与燃烧
Te Ti
Te—燃烧室的环境温度； Ti—燃料的着火温度。
此时的稳定性指标即为燃烧室内的温度水平。