煤粉燃烧仿真过程);

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第六章煤粉燃烧(2017)

❖ 煤粉气流燃烧正常时，一般离燃烧器喷口0.3～0.5m处开始着火，离喷口1 ～ 2m的距离内，大部分挥发分已经析出和烧掉，但是焦炭粒的燃烧常要持续10 ～ 20m或更远的距离，有一个较长的燃尽过程。
❖ 一般煤粉锅炉燃烧室设计足够大，保证在燃烧室的一半高度处，能达到约98%的燃尽率。
❖ 锅炉的容积热负荷是保证煤粉燃尽的一个主要参数。除了容积热负荷，影响燃尽的因素主要还有燃烧温度、烟气中氧浓度的影响、燃料特性和煤粉细度的影响。
第六章煤粉燃烧
6.1 概述
由前面的学习知道，为了实现煤粉的燃烧过程，煤粉必须磨得很细，一般平均颗粒直径小于80μm，在这一细度条件下，大大增加了其单位重量的表面积，同时大大减小了煤粉颗粒和气流之间的相对速度，使得煤粉颗粒和承载它的空气－烟气流具有相同的速度和流动方向，并在其飞越炉膛的有限时间内，能够在悬浮状态下完成全部燃烧过程。煤粉火炬燃烧过程的这一基本特点，使得它与其它燃烧方式以及气体燃料及液体燃烧相比有不同的特点。
6.2 煤粉火炬燃烧的特点
影响煤粉气流着火的主要因素
(1)燃料性质的影响 •挥发分：煤粉气流的稳定着火在很大程度上取决于所析出的挥发分在其点
燃后与一次风发生反应所形成的高温燃烧产物来维持的。煤的挥发分越低，它的着火热越高。 •煤中灰分：灰分增加，燃料消耗量增加，造成着火热增加。 •水分：水分增加，用于蒸发水和过热水蒸汽的热量增加，因而增加着火热，使着火点也被推迟。其中挥发分的影响是最主要的。 (2)一次风量的影响 •一次风量增加，着火热增加，着火推迟。理论上保证挥发分完全燃烧的一次风份额和该煤种的干燥无灰基挥发分含量相当。在实践上，对不同煤种即根据挥发分含量，也同时根据煤粉输送过程等经验确定所采用的一次风份额。同时还需要满足输粉的要求。

高炉三维气固湍流和煤粉燃烧过程数值模拟

立并发展了高炉风１回旋区湍流气固两相流动和煤粉燃烧的三维数学模型。用所建模型分别对冷：７
态模型内气固两相流动和某企业７０ｍ５３高炉风１回旋区内的气固两相三维流动与煤粉燃烧进行了：７数值模拟。采用三维激光相位多普勒分析仪（Ｄ）ＰＡ对冷态模型内气固两相流场进行了测量，实验结果与冷态两相流动的模拟结果基本一致。热态模拟结果给出了气相温度和组分浓度分布，模拟结果与实验测量结果较吻合．示了风口回旋区内气固两相流动和煤粉燃烧的基本性质和特点。揭关键词：高炉风口回旋区；流；固两相流；粉燃烧；湍气煤数值模拟中图分类号：Ｆ５８Ｔ３文章编号：０５— ８０２０）２— １３— ５１０９３（０７００６０
ａｙｅ）ｍａｕｅｎｓｅｅａａｒｅｎａｅｅｅｎｔｅｃｌｌｅｓｌｎｓｄｔ．Ｔｅｌｒｅｓｒｍｅｔ．Ｇｎｒｌｇｅｍｅｔｓｄｔｅａｕａｄｒｕｔａｄｔｔａａｈｚｉｍｂｗｈｃｔｅｓｅ
ｎｍｅｉａｉｌｔｎｒｓｌｒｎａｃｒａｃｔｘｅｍｅｔａｕｅｎｓＴｅｓｕｙｒｖａｓｕｒｃｓｍｕａｉｅｕｔａｅｉｃｏｄｎｅｗｉｅｐｒｎａｍｅｓｒｍｅｔ．ｈｔｄｅｅｌｌｏｓｈｉｌ
ＮｕｅｉａｉｕａｉｎｆＴｈｅ－ｉｅｓｏａａ－ａｔｃｅｍｒｃｌＳｍｌｔｓｏｒｅｄｍｎｉｎｌＧｓｐｒｉｌｏＴｕｂｌｎｏａｄＰｕｖｒｚｄＣｏｌＣｏｂｓｉｎｉａｔＦｎｃｒｕｅｔＦｌｗｎｌｅｉｅａｍｕｔｏｎＢｌｓｕｒａｅ

fluent tutorial file 之 prePDF 模拟煤粉燃烧

译者:wyxpuma时间有限,错漏之处在所难免.如有发现可站内 message 我: )使用非预混燃烧模型 Using the Non-Premixed Combustion Model 概要先决条件问题描述使用 prePDF 的准备工作 Step 1: Define the Preliminary Adiabatic System in prePDF Step 2: Compute and Review the Adiabatic System prePDF Look-Up Tables Step 3: Create and Compute the Non-Adiabatic prePDF System Preparation for FLUENT Calculation Step 4: Grid Step 5: Models: Continuous (Gas) Phase Step 6: Models: Discrete Phase Step 7: Materials: Continuous Phase Step 8: Materials: Discrete Phase Step 9: Boundary Conditions Step 10: Solution Step 11: Postprocessing Step 12: Energy Balances and Particle Reporting SummaryIntroduction 概要对煤粉燃烧的模拟包括对连续气相的模拟及其对煤颗粒分散相的相互作用的模拟.煤颗粒穿过气相时,会进行脱挥发分和焦炭的燃烧,从而成为进行气相反应的燃料的源.对反应的模拟可通过组分传输模型(the species transport model)或非预混燃烧模型(the non-premixed combustion model)进行模拟. 在此实例指南中, 你将使用非预混燃烧模型模拟一个简化的燃煤炉体内的化学反应. 在此实例指南中,你将学习: 使用 prePDF 预处理器为煤粉燃料(的燃烧)准备一个 PDF 表为非预混燃烧化学反应模型定义 FLUENT 的输入参数为煤颗粒定义一个离散相求解一个包含反应离散相的煤颗粒的数值模型非预混燃烧模型是采用这样一种建模方法, 即求解一个或两个守恒标量以及混合分数的的传输方程.多化学组分时,包括根和中间产物,可以采用这种方法被考译者:wyxpuma时间有限,错漏之处在所难免.如有发现可站内 message 我: )虑进来,并且他们的浓度能够通过预测出的混合分数分布计算出来.通过化学数据库,可以得出组分的正确数据.湍流和化学反应的相互作用可通过使用β或双 δ的概率密度函数 (PDF) 来模拟. 关于非预混燃烧的模型详见 the User's GuidePrerequisitesThis tutorial assumes that you are familiar with the menu structure in FLUENT, and that you have solved Tutorial 1 or its equivalent. Some steps in the setup and solution procedure will not be shown explicitly.问题描述(Problem Description )本例程考虑的煤粉燃烧系统时一个简单的二维管道,截面为 10m×1m,如图 13.1 所示.因为管道对称,图中只显示了宽度的一半.该二维管道的入口分成两股来流.靠近管道中心的高速来流速度为 50m/s,跨度为 0.125m.另一股来流速度为 15m/s,跨度为 0.375m.两股来流都是 1500K 的空气.靠近中心高速流股进入炉膛的煤颗粒,其质量流率为 0.1kg/s(煤颗粒的总流率为 0.2kg/s).管道的壁温为 1200K 的常温. 基于入口尺寸和平均入口速度的雷诺数约为 100,000. 因此,流动为湍流. 关于煤组成和粒度分布的详细信息将在 step 5(Models: Continuous (Gas) Phase)和 Step 8( Materials: Discrete Phase)中给出.Figure 13.1: 2D Furnace with Pulverized Coal Combustion译者:wyxpuma时间有限,错漏之处在所难免.如有发现可站内 message 我: )对 prePDF 的准备(Preparation for prePDF )1. 启动 prePDF.当你使用非预混燃烧模型,你要先使用前处理器—prePDF-生成一个 PDF 文件. 该 PDF 文件包含了关于各组分浓度,温度与混合分数值之间的联系的信息,并被 FLUENT 在求解过程中用来获得这些标量(组分浓度,温度等) .Step 1: 在 prePDF 中定义初步的绝热系统 (Define the Preliminary Adiabatic System in prePDF )1. 定义 prePDF 模型类别.你可以定义单一燃料流或者燃料流加上另一个流股.激活第二个流股可以让你明了两个混合分数.对于煤颗粒的燃烧,采用两个流股的方法可以让你明确地将挥发分 (第二个流股)流股同焦炭流股(燃料流)分开.在该例程中,我们将不采用两个流股的方法,而采用单一混合分数法.SetupCase...(a)译者:wyxpuma时间有限,错漏之处在所难免.如有发现可站内 message 我: )在 Heat transfer options, 保持默认设置 Adiabatic.该例程中讨论的煤粉燃烧器是一个非绝热系统, 在气相与煤颗粒相间, 以及燃烧器壁面上,都有热量传递.因此,必须在 prePDF 中考虑非绝热系统.由于非绝热系统较之绝热系统在计算时要耗费更多的时间,因此你可在启动 prePDF 时先考虑系统为绝热系统. 根据对绝热系统的 PDF/化学平衡的计算结果,你将确定大致的系统参数,这将使得在非绝热系统下的计算更具效率.而且,绝热系统的计算将提供绝热火焰温度,混合分数的化学当量以及各单独组分对化学反应系统的重要性的信息. 这种首先在绝热系统中计算的方法将被用于所有的考虑在非绝热条件下的 PDF 计算.(b) 在 Chemistry models, 保持默认设置 Equilibrium Chemistry. 对大多数基于 PDF 的数值模拟,推荐使用 Equilibrium Chemistry 选项. Stoichiometric Reaction ( 混合即完全反应 ) 选项计算量小,但不准确; Laminar Flamelets 选项能够考虑空气拉伸的非平衡现象,例如超平衡基浓度和亚平衡温度. 这对于 NOx 的预测非常重要,但在此例中不必考虑. (c) 保持默认设置 PDF models. 一般的,推荐使用β函数的 PDF 积分,因为他比δ函数的 PDF 积分方法更准确.(d) 在 Empirically Defined Streams, 选择 Fuel stream 选项. 这将允许你采用 empirical 输入选项来定义燃料流股(即根据煤的 ultimate analysis 定义) Empirical 输入选项允许你指定燃料中 H,C,N 和 O 的元素组成 (DAF) 低位发热量和比热. , 当元素分析和热值已知时, 这种指定方法是很有效的. (e) 点击 Apply ,关闭面板 2. 定义系统中的化学组分指定系统中包含哪些组分依赖于燃料类型和燃烧系统. 关于指定组分的指南在FLUENT User's Guide 中有介绍.在这里,你将假定该平衡系统中包含 13 种组分: C, C(s), CH , CO, CO , H, H ,H O, N, N , O, O , and OH.之所以包含 C, H, O, 和 N 是因为我们采用``empirical''输入方法对燃料进行定义的,因此要用到元素组分.! 当使用 empirical input 选项时,你应当将 C and C(S) 都选入系统SetupSpeciesDefine...译者:wyxpuma时间有限,错漏之处在所难免.如有发现可站内 message 我: )(a) 将 Maximum # of Species 设为 13. 使用上,下箭头来设置最大组分数目,或在数字框中直接键入数字然后摁<ENTER>. (b) 在 Defined Species 列表中选择最上面的组分(初始标志为 UNDEFINED). (c) 在 Database Species 下拉表单中,使用滚动条拖动表单,并选择 C. 此时 Defined Species 表单中的最顶部组分将显示为 C . (d) 在 Defined Species 列表中选择第二个组分 (或在 Species # 选项中将数目增大为 2). (e) 在 Database Species 下拉表单中 , 使用滚动条拖动表单 , 并选择下一个组分 ( C(S)). (f) 重复步骤 (d) 和 (e),直到 13 个组分都被定义 (g) 点击 Apply,关闭面板 Note:在其他燃烧系统中,你也许想添加其他化学组分,但你不要添加慢反应的化学组分, 例如 NOx..3. 确定燃料组分输入.本例中考虑的燃料是已知的,根据工业分析,知道含 28%的挥发分,64%的焦炭和 8%的灰分.你要根据这些信息,以及以下给出的元素分析结果,在 prePDF 中定义煤的组成.燃料流的组成(焦炭和挥发分)可计算如下:译者:wyxpuma时间有限,错漏之处在所难免.如有发现可站内 message 我: )首先将工业分析数据(干燥基)转化为可燃基(干燥无灰基).工业分析 Wt % Wt % Proximate Analysis (dry) Volatiles Char (C(s)) Ash 28 64 8 (DAF) 30.4 69.6 -煤的元素分析如下表:Element Wt % (DAF) C H O N S 89.3 5.0 3.4 1.5 0.8为简单起见,煤中的硫分可并入氮的质量分数,因此最终数据如下:Element Wt % (DAF) C H O N S 89.3 5.0 3.4 2.3 -我们可根据工业分析和元素分析的数据得出挥发分的元素组成如下: can combine Wethe proximate and ultimate analysis data to yield the following elemental composition of the volatile stream: (译者注:这里不是挥发分流股的元素组成,而是整个燃料流股的元素组成,因为该模型采用单混合分数模型,而且表中数据也显示是单流股的摩尔组成)译者:wyxpuma时间有限,错漏之处在所难免.如有发现可站内 message 我: )Element Wt % Moles Mole Fraction C H O N Total 89.3 5.0 3.4 2.3 7.44 5 0.21 0.16 12.81 0.581 0.390 0.016 0.013你将用到上表中最后一列中的数据.prePDF 将使用这些信息以及煤的热值来定义燃料中的组分. 煤的低位热值为(DAF) : LCV= 35.3 MJ/kg煤的热容和密度分别为 1000 J/kg-K 和 1 kg/m4. 输入燃料和氧化剂的组分SetupSpeciesComposition...(a) 激活氧化剂流股组分的输入框氧化剂(空气)的组成为 21%的 O2 和 79% 的 N2译者:wyxpuma时间有限,错漏之处在所难免.如有发现可站内 message 我: )i. 在 Stream 下, 选择 Oxidiser. ii. 在 Specify Composition In, 保持默认选项 Mole Fractions. iii. 在 Defined Species 选项中选择 O2 并在 Species Fraction 中输入 0.21. iv. 在 Defined Species 选项中选择 N2 并在 Species Fraction 中输入 0.79 (b) 激活燃料流股组分的输入框 Note: 因为燃料流股已经选择了 empirical 输入选项,您将被提示输入 C,H,O 和 N 的原子摩尔分数,以及燃料的热值和热容.译者:wyxpuma时间有限,错漏之处在所难免.如有发现可站内 message 我: )i. 在 Stream 下, 选择 Fuel. ii. 在 Specify Composition In 中,保持默认选项 Mole Fractions. iii. 在 Defined Species 列表中选择 C 并在 Atom Fraction 中键入 0.581. iv. 在 Defined Species 列表中选择 H 并在 Atom Fraction 中键入 0.390. v. 在 Defined Species 列表中选择 N 并在 Atom Fraction 中键入 0.016. vi. 在 Defined Species 列表中选择 O 并在 Atom Fraction 中键入 0.013. vii. 在 Lower Caloric Value 中键入 3.53e+07 J/kg 在 Specific Heat 中键入 1000 J/kg-K . viii. 点击 Apply ,关闭面板. 5. 定义固体碳的密度.译者:wyxpuma时间有限,错漏之处在所难免.如有发现可站内 message 我: )这里,假定固定碳密度为 1300 kg/m3SetupSpeciesDensity...(a) 在 Defined Species 中选择 C(S) . (b) 将 Density 设为 1300. (c) 点击 Apply ,关闭面板. Note:在计算燃料的混合密度时,prePDF 会用到这个信息.你应当定义固定焦炭的密度, 这个值可能和 FLUENT 中定义的煤的密度不一致, FLUENT 中定义的是包含灰的煤粒的显密度.6. 定义系统操作条件.在化学平衡计算中需要用到系统压力和入口流温度. 煤燃烧情况下, 燃料流股的入口温度应当是开始脱挥发分的温度.氧化剂流股的入口温度应当对应于空气入口温度.在本例程中,煤脱挥发分的温度设置为 400 K,空气入口温度为 1500K,系统压力为 1 大气压.SetupOperating Conditions...(a)在Fuel和Oxidiser中分别将温度设为400 K 和1500 K。

矿热炉仿真算例

矿热炉仿真算例全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：矿热炉是一种用于高温固相反应的设备，因其在矿石冶炼过程中起到关键作用而备受关注。

近年来，随着仿真技术的发展，矿热炉仿真已成为研究人员研究热力学和传热过程的重要工具。

本文将探讨矿热炉仿真的算例，并介绍一些应用实例。

矿热炉是一种用于冶炼金属或矿石的设备，其工作原理是通过高温加热将矿石进行熔化和反应，以提取所需金属。

矿热炉的设计和优化是冶金工程中的关键问题，而仿真技术可以帮助工程师们更好地了解热力学和传热过程，从而改善炉内的工艺条件和降低能耗。

矿热炉仿真的算例主要涉及到炉内的温度分布、热流分布、反应速率等参数。

通过建立数学模型和计算流体力学（CFD）模拟，可以模拟和预测炉内各种物理和化学过程的行为。

热传递和热辐射是矿热炉仿真中最重要的部分，因为其直接影响炉内温度和反应速率。

在矿热炉仿真中，炉内的温度分布是一个关键的参数。

通过数学模型和CFD模拟可以计算炉内各个位置的温度变化，并通过优化炉内结构和燃烧方式来提高能源利用率和生产效率。

通过改变炉内燃烧器的位置和角度，可以优化炉内热量分布，避免局部过热或过冷的现象。

矿热炉仿真还可以用于模拟炉内的化学反应过程。

通过计算反应速率和产物分布，可以优化炉内的工艺条件，提高金属提取率，并降低废气排放。

矿热炉仿真技术的应用范围不仅局限于传统矿石冶炼，还可以用于熔炼废旧金属和电子废弃物等新兴领域。

矿热炉仿真技术在冶金工程中扮演着重要角色，为工程师们提供了一种便捷而高效的工具来优化矿热炉的设计和操作。

未来随着仿真技术的不断发展，矿热炉仿真将更加普及和完善，为冶金工程带来更多的创新和发展机会。

【2000字】第二篇示例：矿热炉是一种常用于冶金、化工等工业领域的设备，通过煤炭、石油等燃料的燃烧产生的高温热能，加热矿石、矿渣等原料，进行冶炼、烧结等工艺过程。

随着工业自动化技术的发展，矿热炉仿真技术也逐渐受到重视。

矿热炉仿真是利用计算机模拟矿热炉工作过程，包括燃烧行为、气体流动、传热过程等各个方面，以实现对矿热炉性能的预测、优化和控制。

煤粉颗粒群着火和燃烧过程的数值模拟

吻合．
关键词：颗粒群燃烧；粉颗粒团；着火煤
中图分类号：Ｔ６Ｋ１文献标志码：Ａ文章编号：１０－７０２）２００．６０６８４（（０．１７０￣
ＮｕｅｉａａｙｉｆＩｎｔｏｎｍｂｓｉｎｏｍｒｃｌＡｎｌｓｓｏｇｉｉｎａｄＣｏｕｔｏｆ
（ｈｏｏＥｅｇｃｎｅａｄＥｇｅｒｇＨｒｉＩｓｔｅｏＴｃｎｌｙＨｒｉ１００，ｈｎ）ｃＳｏｌｆｎｒＳｉｃｎｉｅｎ，ａｎｎｔｕｅｈｏｇ，ａｂ５０１Ｃｉａｙｅｎｎｉｂｉｔｆｏｎ
Ａｂｔａｔｒｎｉｎｒｕｏｕｔｎｍｏｅｓｐｅｅｔｄｆｒｔｅｐｌｅｉｄｃａａｔｌｓｉｐｅｉａｃｏｄｓｒｃ：Ａｔｓｔｇｏｐｃｍｂｓｏｄｌａｅｉｗａｒｓｎｅｕｖｒｅｏｌｐｒｃｎｓｈｒｌｌｕ．Ｈｏｇｎｏｓｏｈｚｉｅｃｍｏｅｅｕｎｅｅｏｅｅｕｅｃｏｓｗｒｍｏｌｔｔｅａｃｕｔｈｅａｔｎｏｐｒｃｅ．Ｔｅｖｒａｏｆａｔｕｅｏｃｏｄａｄｈｔｒｇｎｏｓｒａｔｎｅｄｅｅｋｃｏｎｆｔｅｉｔｒｃｏｆａｔｌｓｈａｉｔｎｏｆｍｅｓｔｒｆｌｕｉｅｄｏａｏｎｉｓｉｉｌｍｏｗｓｏ￣ｎ．Ｔｅｅｅｔｏｐｒｍｅｅｓｏｌｕｇｉｏｄｃｍｕｔｎｗｒｎｌｚｄ．Ｔｅｈｍｏｅｕｎｔｎｄｌｙｗ￥ｄ－ａｂｅｈｆｃｆａａｔｒｎｃｄｉｎｔｎａｏｄｓｏｉｎｂｓｏｅａａｙｅｈｏｇｎｏｓｉｉｏｅａａｅｉｅｇｉＣ￣ｇｄ，ａｄｔｅｎｒａｅｉｅｉｃｅｓｆｃｎｅｔｔｎｏａｔｌ．Ｔｅｉｃｅｓｆｐｌｅｉｅｏｌｓｅａｄｄｒａｅｏｌｅｎｎｉｃｅｓｄｗｔｔｎｒａｅｏｏｃｎｒｉｆｐｒｃｅｈｎｒａｅｏｕｖｒｄｃａｉｅｅｓｆ＇ｈｈｈａｏｉｓｚｚｎｃａｉｎａｍｐｒｔｒｅａｏｇｎｏｓｉｉｏＴｅｄ１ｙｔａｍｂｅｔｓｔｅａｅｄｌｙｈｍｏｅｅｕｎｔｎ．ｇｅｕｇｉｈｅａｍｅｗ￥ｍｄｅ，ａｄｔｅｃｍｕｔｎｒｔａｃｅｓｄｗｔｅｉ￣ｄｎｏｈｂｓｏａｗｓｉｒａｅｈｔｉｅｎｉｈｉｃｅｓｆｘｇｎｃｎｅｔｔｎｉｌｔｎｒｓｌｅｎａｒｅｎｔｕｌｈｘｅｍｅｔｎｉｇ．ｎｒａｅｏｙｅｏｃｎｒｉ．Ｓｍｕａｏｅｕｔｗｒｉｇｅｍｅｔｗｈｐｂｉｅｅｐｎａｆｄｎｓｏａｏｉｓｅｉｓｄｌｉ

CFX软件介绍

ANSYS CFX——流体动力学分析技术的开拓者产品关键字精确的数值方法快速稳健的求解技术丰富的物理模型旋转机械流动分析的专有特征先进的网格剖分技术发展历史CFX是全球第一个通过ISO9001质量认证的大型商业CFD软件，是英国AEA Technology 公司为解决其在科技咨询服务中遇到的工业实际问题而开发，诞生在工业应用背景中的CFX 一直将精确的计算结果、丰富的物理模型、强大的用户扩展性作为其发展的基本要求，并以其在这些方面的卓越成就，引领着CFD技术的不断发展。

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CFX一直和许多工业和大型研究项目保持着广泛的合作，这种合作确保了CFX能够紧密结合工业应用的需要，同时也使得CFX可以及时加入最先进的物理模型和数值算法。

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高风温点火燃烧器中煤粉气流着火燃烧过程的数值模拟

一
定的运行条件下，煤粉气流的稳定着火只发生在一定的煤粉浓度范围内。所进行的理论模拟计算与现场试验结果具有良好的一致性。
关键词：燃烧器；煤粉；燃烧；数值计算；无油点火技术中图分类号：Ｔ６Ｋ１意文献标识码：Ａ文章编号：１０ —６９２０）４０２ —４０２１３（０６０ —０７０
（０３Ａ５９８）２０Ａ２２０
ｔｅｎｍｅｃｌｒｄｃｉｎａｅｂｅｃｉｖｄｂｓｎＸｏｗａｅＴｈａｅｃｓｓｔｅｄｓｕｓｏｎｅｅｔｆｏｌｏｃｎｒｔｎｏｕ — ｈｕｒａｅｉｔｓｖｅｎａｈｅｅｙｕｉｇＣＦｓｆｒ．ｉｐｏｈｔｅｐｐｒｏｕｅｉｃｓｉｎｏｆｃｃａｎｅｔｉｎｐｌｆｈｏｃａｏ
（．ＵｉｅｓｙｏＳｉｃｎｅｈｏｇｅｉｇｅｉ００３ｈｎ；１ｎｖｒｉｆｃｅｅａｄＴｃｎｌｙＢｉｎ，Ｂｉｎ１０８，Ｃｉａｔｎｏｊｊｇ
２ｈｎｈｕａｇＩｔｎｔｎｌｒｄｎｎｉｅｒｇｏ．Ｂｉｎ００８ｈｎ；．ＣｉＳｏｇｎｅａｉａＴａｅｄＥｇｎｅｎ，ｅｉｇ１０８，ＣｉａａｎｒｏａｉＣｊ３ｅｉｇＳｉｃｎｅｈｏｏｙＤｖｌｍｅｔｏｍｉｉｎｅｉ０１１ｈｎ）．Ｂｉｎｃｎｅｄｃｎｌｅｅｏｎｍｓｏ，Ｂｉｎ１００，ＣｉａｊｅａＴｇｐＣｓｊｇ
ｖｒｚｄｃａｎｔｎｈｅｎｍｅｉａｒｄｃｉｎｒｓｌｈｗｔｂｅｉｎｔｎｏｃａｏｅｒａｏｌｋｓｌｃｎｅｏｃａｏｅｅｉｅｏｌｇｉｏ．Ｔｕｒｌｅｉｔｕｔｓｏａｓｌｉｏｆｏｌｗｄｒｔｍｎｙｔｅａｅｉａｒｇｆｏｌｗｄｒｉｉｃｐｏｅｓａｇｉｐｓｅａｐｎａｐｃｎｅｔｔｎｉｅｔｉｐｒｔｎｃｎｉｉｎｈｅｔｅｒｔａｒｄｃｉｎｒｓｌａｅａｓｏｏｄａｒｅｎｔｘｅｍｅｔｌｎｓｏｃｎａｉｃｒａｎｏｅａｉｏｄｔ．Ｔｏｉｌｅｉｔｕｔｈｖｌｏｇｔｇｏｇｅｍｅｔｈｅｐｒｒｏｎｏｏｈｅｃｐｏｅｓａｗｉｉｎｅ．ａｏＫｅｒｓｏｕｔｒｐｌｅｚｄｃａｉｏ；ｃｍｂｓｉｎｎｍｅｃｌｏｕａｉｎｏｌｆｅｉｉｏｃｎｌｇｙｗｏｄ：ｃｍｂｓｏ；ｕｖｒｅｏｌｇｔｎｉｉｉｎｏｕｔ；ｕｒａｍｐｔｔ；ｉｒｔｎｔｈｏｏｙｏｉｃｏ —ｅｇｉｅｎ

44、煤粉是怎样燃烧的

煤粉是怎样燃烧的煤粉入窑后，燃烧过程分三个阶段。

如图1所示。

（1）干燥预热阶段：这一阶段是使煤粉中所含水分蒸发掉，一般需要0.03～0.05秒。

但在煤粉粗湿的情况下，干燥预热的时间要相应延长。

干燥预热时间的长短，决定着火焰黑火头的长短。

图1. 煤粉燃烧示意图1──干燥预热；2──挥发物分馏与燃烧；3──固定碳燃烧（2）挥发物分馏与燃烧阶段：这一阶段一般约需0.01～0.03秒。

干燥的煤粉随温度继续升高至450～500℃时，挥发物开始分馏（也叫挥发），分馏出甲烷（CH4）、乙烯（C2H2）、一氧化碳（CO）等，包围在煤粉颗粒周围，形成一层挥发物气体薄膜，与入窑空气中的氧接触，开始（氧化作用）燃烧，生成气态的CO2和H2O。

在未燃烧尽以前，炭粒被薄膜隔绝，不能与氧充分接触，无法燃烧，只能焦化。

只有空气中的氧透过薄膜时，炭才能继续燃烧，挥发物的分馏在700℃～800℃时，即可挥发完毕。

挥发物燃烧时间长短，与挥发物含量多少、气体流速大小、温度高低有关。

挥发分低，气体流速快，温度高，燃烧时间就短；否则相反。

挥发分高的煤，着火早，燃烧快，黑火头短，白火焰长；挥发分低的煤则相反。

（3）焦炭燃烧阶段：这一阶段的主要作用是焦炭的燃烧，其燃烧速度决定于白火焰的长短（一般约需0.2～0.4秒），焦炭的燃烧，不但与温度高低有关，且与空气量及空气中的氧透过挥发物气体薄膜与炭接触的速度有关。

煤粉的颗粒大小及含炭量多少也都影响着焦炭的燃烧速度。

煤粉通过喷煤嘴喷入窑内后，经过一段距离才开始燃烧，这段距离就是黑火头。

煤粉燃烧后，产生热量，形成燃烧的焰面，温度随燃烧时间的增长而不断升高，高温的焰面不断向后面末燃烧的低温煤粉传热，使其达到着火点而燃烧，形成新的焰面。

不断地送煤，不断地燃烧，窑内就保持一个熊熊的火焰，不断地燃烧放热。

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煤粉燃烧仿真过程
1.导入网格，使用压力基（pressure-based）和稳态计算（steady）；
2.选择KE湍流模型；
3.激活能量方程；
4.激活组分输运模型，Mixture Material（燃料）项下选择coal-hv-volatiles-air，勾选Reactions项下
的Volumetric以激活反应，Turbulence-Chemistry-Interaction项下选择涡耗散模型Eddy-Dissipation；
5.激活辐射模型Radiation，并选择P1辐射模型；
6.设置离散相参数，在Discrete Phase项下，设置最大追踪步数为4000，指定长度尺寸为0.0025；
7.使用Define→Injections设置入射流，设置入射流入口为V-1，入射流类型Particle Type为
Combusting燃烧组份，入射流材料Material为coal-hv高挥发性煤，粒径分布Diameter Distribution 为均匀分布uniform，挥发份Devolatilizing Species为高挥发性煤hv_vol；在Point Properties项下设置进口特性，温度Temperature设定为343K，Z方向速度Z-velocity设定为23.11，质量流量Total Flow Rate（kg/s）设置为0.00018264，直径Diameter为1e-6；在Turbulent Dispersion项下激活随机轨道模型Discrete Random Walk Model，轨道数Number of Tries设置为10，尺度长度Time Scale Constant设置为0.15；如果有多股粒径不同的质量流，也可以使用同样的方法设置其它的几股质量流；
8.修改混合物的物性：在FLUNET材料面板上导出CO，并将CO导入到混合物组分中；
9.在反应面板Reactions内修改化学反应；
这里有两步化学反应：
第一步是挥发性煤hv_vol与氧气o2反应生成一氧化碳co、二氧化碳co2、水h2o和氮气n2，当量比Stoich Coefficient分别如下图所示；
第二步是一氧化碳co与氧气o2反应生成二氧化碳co2；
到这些反应设置完成，点击Chang/Create后可能会弹出警告，提示反应1当量质量不守恒，这里不用管它，直接进行其它的设置。

10.将材料导热系数设定为线性分布polynomial，并如下图设定两个系数；
11.将材料粘性设定为线性分布polynomial，并如下图设定两个系数；
12.吸收系数Absorption Coefficient(1/m)使用wsggm-domain-based模型，散射系数Scattering
Coefficient(1/m)设为0.5；
13.双击coal-hv设置燃烧组份，密度为1000，比热为1100，潜热为0，挥发份的挥发温度为343K；
挥发份的质量分数为55%；扩散率为3e-5；燃尽焦炭当量比为2.67，焦炭中可燃物的质量分数设定为36.7，燃尽的反应热3.29e+07；被固体吸收的热量设定为0；燃烧模型选择动力和扩散限制的kinetics/diffusion-limited，参数见本步的最后一张图；
注：这里实际的汽化温度为773K，此处将汽化温度设定为343K，是为了使挥发份在低温时就能够挥发，有利于燃烧的进行，相当于一个点火过程；反应进行之后，还是需要将此处的343K改为实际挥发温度773K；
14.将所有物性（仅气体）的比热都调成分段线性，然后关闭材料面板；
15.导入UDF，并且在导入时勾选Display Assembly Listing和Use Contributed CPP，此处UDF设置的
是边界壁面上的温度；
16.设定边界条件：
（1）进口V-1，速度23.11m/s，湍流强度10%，水力直径0.013m，温度343K；氧气0.2315；辐射率为1；离散相逃逸escape；
（2）进口V-2，照如下设置；
（3）压力出口p-1：出口表压为零，回流湍流强度10%，水力直径1m；回流温度1000K；回流氧气质量分数为0.2315；
（4）设定壁面边界条件
壁面w-1：温度设定为343K，内部辐射率Internal Emissivity设定为0.6；
壁面w-2：温度设定为573K，内部辐射率Internal Emissivity设定为0.6；
壁面w-3：温度设定为873K，内部辐射率Internal Emissivity设定为0.6；
壁面w-4：温度设定为1273K，内部辐射率Internal Emissivity设定为0.5；
壁面w-5：温度设定为UDF控制的，内部辐射率Internal Emissivity设定为0.5；
壁面w-6：温度设定为UDF控制的，内部辐射率Internal Emissivity设定为0.5；
壁面w-7：温度设定为UDF控制的，内部辐射率Internal Emissivity设定为0.5；
壁面w-8：温度设定为1323K，内部辐射率Internal Emissivity设定为0.5；
壁面w-9：温度设定为1073K，内部辐射率Internal Emissivity设定为0.5；
由于本例使用的是1/4模型，周期边界条件使用旋转周期；
17.先取消反应流的勾选，并关闭辐射模型，以求解冷态流场（不计算燃烧场）；
18.使用Solution Initialization对计算域进行初始化，从所有区域开始计算，并使用Run Caculation开
始计算，假设迭代1000步；
19.为了使计算更容易收敛，可以调整松驰因子；
20.激活离散相与连续相的交互、体积反应和辐射模型，计算热态流场；
21.使用Adapt→Region，在Region Adaption对话框中对网格进行修补，进行局部修补的目的是为了
指定一个小区域，对流场进行高温点火；
22.使用Patch命令进行局部修补，指定该区域温度为2000K；
23.继续计算之前可再次调整松驰因子；
24.先进行一步迭代，使点火过程发生；
25.继续调整松驰因子，然后继续迭代；
26.如迭代300步，得到反应流的收敛解；
27.查看收敛结果；
28.将收敛格式由一阶迎风First Order Upwind调整为二阶迎风Second Order Upwind，然后继续迭代
以得到高阶的收敛解；
29.假设继续计算500步；
30.计算完之后，这时反应已经开始进行，可以将煤粉的挥发温度调整到正常值773K；
31.继续计算5000步，得到最终结果；
32.查看计算结果，如质量流量等等；
33.如果结果图中出现未显示出实际大小的情况，如下图，可以使用Display→Colormap命令，调整
显示精度（保留的小数位数）来使它显示出来；
34.也可以打开污染物模型，计算污染物：可以计算热力学污染物Thermal NOx、快速型污染物Prompt
NOx、燃料型污染物Fuel NOx，氧和OH的模型选择静平衡模型partial-equlibrium；
燃料Fuel Species设置为挥发份hv_vol，燃料碳数目Fuel Carbon Number设置为2.8，当量比Equivalence Ratio设置为0.685；
打开燃料污染物模型，燃料类型Fuel Type设置为固体Solid，氮N的中间组分为hcn/nh3/no三种，挥发份中氮的质量分数Volatile N Mass Fraction为0.0398，焦碳中氮的质量分数Char N Mass Fraction 为0.0596；中间组分质量分分数Partition Fractions中hcn为0.9，nh3为0.1；
在湍流交互Turbulence Interacion Mode中选择温度的交互，PDF点数PDF Points为20；
35.接下来计算污染物的时候，仅需激活污染物的方程即可；
36.计算污染物的时候，欠松驰因子应该是1e-6；
37.然后迭代，假设迭代100步；
38.查看污染物结果；。