煤颗粒流化床燃烧的颗粒学研究

1、煤颗粒流化床燃烧的颗粒煤颗粒流化床燃烧的颗粒学研究学研究北京科技大学 机械工程学院刘柏谦为什么要从颗粒学角度研究流化床燃烧过程为什么要从颗粒学角度研究流化床燃烧过程1.按照扩散燃烧理论，发生密度不变的缩核反应时有但在流化床中发生了不同的表现。 20t/h炉流化床锅炉测试数据123平均值对流段灰4.994.025.804.394除尘器灰7.227.128.567.633飞灰6.375.7010.217.426溢流灰0.811.242.260.478冷渣冷渣1.281.521.400为什么要从颗粒学角度研究流化床燃烧过程为什么要从颗粒学角度研究流化床燃烧过程1.按照扩散燃烧理论，发生密度不变的缩核

2、反应时有但在流化床中发生了不同的表现。l测量的鼓泡流化床温度分布()为：距炉墙1m处距炉墙0.5m处平均平均值值沸下(距布风板400mm)950903926.5沸中(距布风板800mm)963866914.5沸上(距布风板1500mm)925876900.5为什么要从颗粒学角度研究流化床燃烧过程为什么要从颗粒学角度研究流化床燃烧过程1.按照扩散燃烧理论，发生密度不变的缩核反应时有但在流化床中发生了不同的表现。鼓泡床沸中高度(400500mm) 30多次取样 Cfc =0.11% 5.47 % VM= 0.62%4.21%让人非常疑惑的是，这些测量所作的样品工业分析显示，样品挥发分含量几乎都高于

3、固定碳含量，这样的测量结果虽然受到鼓泡流化床锅炉燃烧方式的困扰，但经典理论在描述流化床燃烧时已经显示出弱点。为什么要从颗粒学角度研究流化床燃烧过程为什么要从颗粒学角度研究流化床燃烧过程2.从颗粒运动角度看，颗粒运动并没有完全遵从气固两相流理论下图是测试用燃料筛分曲线为什么要从颗粒学角度研究流化床燃烧过程为什么要从颗粒学角度研究流化床燃烧过程2.从颗粒运动角度看，颗粒运动并没有完全遵从气固两相流理论鼓泡床：大颗粒沿着床高下降，中等颗粒和较小颗粒沿床高增加，小颗粒很少大颗粒沿着床高下降，中等颗粒和较小颗粒沿床高增加，小颗粒很少 为什么要从颗粒学角度研究流化床燃烧过程为什么要从颗粒学角度研究流化床燃

4、烧过程2.从颗粒运动角度看，颗粒运动并没有完全遵从气固两相流理论鼓泡床为什么要从颗粒学角度研究流化床燃烧过程为什么要从颗粒学角度研究流化床燃烧过程2.从颗粒运动角度看，颗粒运动并没有完全遵从气固两相流理论循环床：距布风板15m高取样结果05001000020406080100Distance from boiler wall (mm)Weight percent (%)50% capacitydp=0.1mmdp=0.2mmdp=0.35mmdp=0.75mmdp=1.5mm05001000020406080100Distance from boiler wall (mm)Weight per

5、cent (%)70% capacitydp=0.1mmdp=0.2mmdp=0.35mmdp=0.75mmdp=1.5mmdp=2.5mm05001000020406080100100% capacityDistance from boiler wall (mm)Weight percent (%)dp=0.1mmdp=0.2mmdp=0.35mmdp=0.75mmdp=1.5mmdp=2.5mm为什么要从颗粒学角度研究流化床燃烧过程为什么要从颗粒学角度研究流化床燃烧过程2.从颗粒运动角度看，颗粒运动并没有完全遵从气固两相流理论循环床：距布风板7m(左)和15m(右)高取样结果结果比较(10

6、0%负荷)05001000020406080100Distance from boiler wall (mm)Weight percent (%)100% capacitydp=0.1mmdp=0.2mmdp=0.35mmdp=0.75mmdp=1.5mmdp=2.5mm05001000020406080100100% capacityDistance from boiler wall (mm)Weight percent (%)dp=0.1mmdp=0.2mmdp=0.35mmdp=0.75mmdp=1.5mmdp=2.5mm为什么要从颗粒学角度研究流化床燃烧过程为什么要从颗粒学角度研究流化

7、床燃烧过程3. 流化床锅炉设计理论中发现了颗粒尺度对锅炉设计的明显影响l流化床锅炉设计时颗粒平均粒径计算式为 (1)形状因子不同则p不同, 由此影响到阿基米德数r和临界流化风速mf，进而影响到流化床内传热系数，最终影响到锅炉性能。piipdxd为什么要从颗粒学角度研究流化床燃烧过程为什么要从颗粒学角度研究流化床燃烧过程3. 流化床锅炉设计理论中发现了颗粒尺度对锅炉设计的明显影响l如果有一增量因子,使发生变化 (2)l阿基米德数相应发生变化 (3)l如采用下式计算临界流化速度 (4)rrAA3pgrmfdAu528. 00882. 0为什么要从颗粒学角度研究流化床燃烧过程为什么要从颗粒学角度研究

8、流化床燃烧过程3. 流化床锅炉设计理论中发现了颗粒尺度对锅炉设计的明显影响00.511.520406080100120140Value of Relative percentage of Umf(%)为什么要从颗粒学角度研究流化床燃烧过程为什么要从颗粒学角度研究流化床燃烧过程3. 流化床锅炉设计理论中发现了颗粒尺度对锅炉设计的明显影响l在传热计算中,流化床传热量为 （5）l其中传热系数 （6）l受颗粒特性影响的参数是乳化团放热系数 （7）tKHQrrhK2145. 01RRfprh为什么要从颗粒学角度研究流化床燃烧过程为什么要从颗粒学角度研究流化床燃烧过程3. 流化床锅炉设计理论中发现了颗粒尺

9、度对锅炉设计的明显影响式中接触热阻: （8）乳化团热阻: (9)l以一台6t/h流化床锅炉为例，考虑到的影响，对h、1、2式就作量级分析，可以得到对h的影响。热力计算书给出=0.2731=0.000432/2=0.001092/l当=1.2,接触热阻和乳化团热阻大约分别上升20%和5%,乳化团和埋管的接触时间只延长0.6%,造成乳化团传热系数下降,则总传热系数必然相应降低,设计传热面积相应增大。这也许是鼓泡流化床锅炉床内埋管割除的重要原因之一。rhpdR75. 3/15 . 023600/rhrhrhrhCR用颗粒学如何研究燃煤流化床？用颗粒学如何研究燃煤流化床？通常采用一些定性的术语来表明颗

10、粒形状的性质。如： 针 状 针形体 多 角 状 具有清晰边缘或有粗糙的多面形体 结 晶 状 在流动介质中自由发展的几何形状 枝 状 树枝状结晶 纤 维 状 规则的或不规则的线状体 片 状 板状体 粒 状 具有大致相同量纲的不规则形体 不规则状 无任何对称性的形状 模 状 具有完整的、不规则形体 球 状 圆球形体用颗粒学如何研究燃煤流化床？用颗粒学如何研究燃煤流化床？ 颗粒几何形状的定量描述颗粒几何形状的定量描述l1 形状系数 形状系数是根据颗粒的两个基本几何特征（面积和体积）导出的。首先考虑一个颗粒，设d为颗粒直径，V为颗粒体积，S为颗粒表面积。则按定义，其表面积形状系数、体积形状系数、比表面

11、积形状系数分别为： （1-1） （1-2） （1-3）l因为单位体积颗粒的比表面积， 故有 （1-4） 2/dSS3/dVVVSSV/dddVSSVSSVSV/2dSVSV用颗粒学如何研究燃煤流化床？用颗粒学如何研究燃煤流化床？ 颗粒几何形状的定量描述颗粒几何形状的定量描述l 如以比表面积当量径ds和等体积球当量径dv代替d，则 （1-5） （1-6）式中 -Carman形状系数或表面系数。l当研究对象为颗粒群，求其形状系数时，其表面积、体积和粒径均采用平均值，即 （1-7） （1-8）l形状系数实际上是表示颗粒形状与球形颗粒不相一致的程度。VCSVddS/6/6VVVCSdVdS/6/6C

12、2/ dSS 3/ dVV用颗粒学如何研究燃煤流化床？用颗粒学如何研究燃煤流化床？ 颗粒几何形状的定量描述颗粒几何形状的定量描述l2 形状指数（1）Zingg指数Fz：颗粒长短度（长径/短径即l/b）和扁平度（短径/厚径即b/t）之比，即 （1-9） 当l=b=t时，即立方体的上述指数全部等于1。这指数在地质学中早已得到了应用。（2）体积充满度：颗粒的外接立方体体积与颗粒体积之比，即 （1-10） 的倒数可看作为颗粒接近于立方体的程度。在表示研磨料颗粒抗碎上采用。vf2/bltFz扁平度长短度Vlbtfv/用颗粒学如何研究燃煤流化床？用颗粒学如何研究燃煤流化床？ 颗粒几何形状的定量描述颗粒几何

13、形状的定量描述l2 形状指数l（3） 面积充满度 又称为外形放大系数，颗粒面积和最小外接矩形面积之比，即 （1-11） 式中 l、b-矩形的长边和短边。 这一指数在粉末冶金方面得到应用。l （4）Schulz指数K （1-12） 其中 这一指数在建材工业中用来评价道路碎石的形状，K值越小越好。l （5） 球形度 分为真求形度和实用球形度。 真球形为与颗粒等体积的球体表面积和颗粒表面积之比，。即 （1-13） 这一指数适用于表面积和体积可计算的颗粒，在选矿工程中常用。值愈小，表示颗粒形状愈不规则。 实际球形度常用于形状不规则的、表面积测量有困难的颗粒。 （1-14） 式中最小外接圆的直径可用圆形

14、筛目决定。/ blSfs1002blZKsVZs/100粒球SS/的直径颗粒投影图最小外接圆的圆的直径面积等于颗粒投影面积w用颗粒学如何研究燃煤流化床？用颗粒学如何研究燃煤流化床？ 颗粒几何形状的定量描述颗粒几何形状的定量描述l（6） 圆形度X 该值又称为轮廓比。 （1-15） 圆形度的倒数又称为周长比，用于沉淀物的水力输送。l （7） 圆角度M 表示颗粒棱角磨损程度之值 （1-16）式中 r1、r2、r3-为颗粒轮廓相应各个角的曲率半径，非圆角者为零； R-最大内接圆半径； N-测定角的总数。 就总体而言，随圆角度的增大，r接近于R。圆的圆角度近似于1。圆角度可用于表示被磨碎颗粒的磨碎度。l

15、 （8） 表面指数z 根据颗粒的投影图测定出投影面积S和颗粒的周长C，则 （1-17） 圆形的表面指数为1。用于颗粒的水力输送 颗粒投影轮廓的长度面积的圆的周长与颗粒投影面积有相同XRNrrrM 321SCz6 .12/2用颗粒学如何研究燃煤流化床？用颗粒学如何研究燃煤流化床？ 颗粒几何形状的定量描述颗粒几何形状的定量描述l3 形状因素 Hausner建议用最小面积的封闭矩形与颗粒实际形状比较的方法来评价颗粒的形状。设矩形的长度为a、宽度为b，则可计算出三种形状特性，即形状因素：l 伸长比 （1-18）l 庞大率 （1-19）l表面率即表面指数 （1-20）l一般长行颗粒的伸长比x大于1.5；

16、大多数颗粒的庞大率y在0.70.8之间，若时，则表明颗粒有教深的凹形沟或为多豁口状。bax/abSy/SCz6 .12/2用颗粒学如何研究燃煤流化床？用颗粒学如何研究燃煤流化床？ 颗粒几何形状的定量描述颗粒几何形状的定量描述l4 粗糙度系数l形状系数、形状指数和形状因素都是宏观量。微观地观察，颗粒表面往往是高低不平的，并且有很多微小裂纹或孔洞。粗糙度系数表示颗粒实际表面积与外观看成光滑颗粒的表面积之比，即： （1-21） 颗粒表面实际的粗糙程度直接关系到颗粒间的摩擦、粘附、吸水性以及空隙率等物理化学现象，因此，是一个不容忽视的参数。观表面积外观看成光滑颗粒的宏颗粒微观的实际表面积粗糙度系数 用

17、颗粒学如何研究燃煤流化床？用颗粒学如何研究燃煤流化床？ 颗粒几何形状的定量描述颗粒几何形状的定量描述l5 颗粒形状的其他描述 Tsubaki和Jimbo认为前述若干形状因子在电子技术和计算机出现以前，实际应用价值较小。他们基于颗粒投影面积直径da、周长直径dc、Feret直径dF和展开直径dR的比值规定了6个形状指数： 、 、 、 、 、 ，例如： ，余类推。他们根据一些公式计算规定了统计直径和变易系数。他们根据一些公式计算规定了统计直径和变异系数。在深入讨论中，还引入了动态形状指数，其定义为某给定颗粒的运动阻力与等体积球体颗粒阻力之比率。该动态形状指数在重力选矿中是经常使用的。acaFaRc

18、FcRFRcaacdd /用颗粒学如何研究燃煤流化床？用颗粒学如何研究燃煤流化床？ 颗粒几何形状的定量描述颗粒几何形状的定量描述 1.均齐度： 长短度=长径/短径= l/b 扁平度=短径/高度=b/h (2-1) 式中b、l、h按Heywood规定2体积充满度fv 又称容积系数，表示颗粒外接直方体体积与颗粒体积Vp之比： (2-2) 3面积充满度f b 又称外形放大系数，表示颗粒投影面积A与最小外接矩形面积之比： (2-3)pvVlbhflbAfb/用颗粒学如何研究燃煤流化床？用颗粒学如何研究燃煤流化床？ 颗粒几何形状的定量描述颗粒几何形状的定量描述l4.球形度表示颗粒接近球体的程度：lWadell球形度 =与颗粒体积相等的球体表面积/颗粒的表面积 (2-4)