煤焦颗粒群异相反应特性的数值模拟研究

• Published in: 煤炭学报 Vol. 49; no. 4; pp. 2076 - 2085
• Main Authors: 张泽武, 乐笑宇, 李小姗, 邬凡, 罗聪, 张立麒
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 华中科技大学能源与动力工程学院,湖北武汉 430074 01.04.2024; 华中科技大学煤燃烧国家重点实验室,湖北武汉 430074
• Subjects: 碳消耗速率; char consumption rate; 异相反应; combustion; particle temperature; 颗粒温度; heterogeneous reaction; coal char particle group; 燃烧; 煤焦颗粒群
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2023.1472

TK16; 煤焦异相反应是煤粉燃烧区别于气体燃料燃烧或液体燃料燃烧的特征之一,其反应过程占整个煤粉燃烧时间约90％,对煤粉高效燃烧至关重要.通常情况下,煤粉颗粒以稠密相而非以稀疏相或单颗粒形式进入炉膛,颗粒间的相互作用会影响煤焦异相反应,因此,深入开展煤焦颗粒群异相反应行为研究对于煤的高效利用十分必要.采用准稳态的数值模拟方法研究煤焦颗粒群的异相反应行为,对比分析了煤焦单颗粒和煤焦颗粒群的反应特性,相比于煤焦单颗粒,煤焦颗粒群燃烧峰值温度升高约300 K,颗粒表面温度降低约100 K,碳消耗速率降低56％～65％,说明颗粒间作用影响了煤焦颗粒的燃烧反应进程.对3种典型分散形式下煤焦颗粒群燃烧反应特性进行研究,随着颗粒间距的增加,各分散形式的煤焦氧化反应占比增加0.22％～2.20％,碳消耗速率随之增大9.8％～26.1％,较大颗粒间距有利于O2分子在颗粒间的扩散,促进了氧化反应以及煤焦消耗.探究了不同反应气氛下煤焦颗粒群的燃烧反应特性,相比于空气气氛,高CO2和H2O气氛下燃烧群峰值温度增加4％～30％,颗粒表面温度升高0.5％～3.7％,其中30％O2/70％H2O工况的碳消耗速率最大,较空气气氛高80％.综合对比,各颗粒间作用、颗粒间距和反应气氛工况下3种颗粒群分散形式的煤焦燃烧碳消耗速率依次为:形式C＞形式B＞形式A(形式A:颗粒群呈正方形分散;形式B:颗粒群呈正菱形分散;形式C:颗粒群呈正三角形分散),因此颗粒与气流之间的扰乱作用对煤焦的消耗产生不可忽视的影响.