·230 北京科技大学学报 第36卷 运动的时间可达到1、。为了研究煤粉粒径、煤粉成 250 分、风温、氧气体积分数以及喷吹量对煤粉燃烧率的 200 影响，计算过程中假设煤粉粒径分布均匀，不考虑煤 粉粒径对停留时间的影响，煤粉在回旋区内的停留 150 -d.=64um 时间均为25ms.计算过程中用到的参数如表1 d=74μm 7-d=94um 所示. 50 表1煤粉燃烧率计算参数 4 6 1 Table 1 Parameters in calculating the combustion ratio 时间ms 参数 数值 图2煤粉粒径对速度的影响 挥发分析出量，()。 0 Fig.2 Influence of coal diameter on the particle velocity 粒径，(d.)o/μm 多 799和694K,进入回旋区后煤粉颗粒达到理论燃烧 纵向速度，(4w)。/(ms) 0 温度后保持不变.从图中可以看出煤粉颗粒的升温 鼓风温度，TK 1473 速率非常大，当煤粉粒径为94um时，在8ms内，颗 初始氧气体积分数，Y 0.23 粒温度由300K上升至2373K,平均升温速率高达 挥发分的质量分数，V 0.1445 2.6×10K·s1,并且煤粉颗粒越小，升温速率 固定碳的质量分数，C 0.6220 越高 黑度系数，6p 0.8 气体常数，R/(J.mol-1) 8.3145 2500 反应热，H/(kJkg1) 9797 2000 吨铁煤粉喷吹量，Mkg 190 1500 喷枪位置，PLlm 0.5 量一d=64um 1000 d=74 um 煤粉初温，(T,)。K 300 d=94μm 500 横向速度，(umo/(ms) 5 4 6 10 鼓风风速，山，/(ms) 230 时间/ms 理论燃烧温度，TK 2373 图3不同煤粉颗粒温度变化 煤粉密度，p。/(kgm3) 1600 Fig.3 Change in temperature with time for different particles 水分的质量分数，Ma 0.0096 图4为煤粉颗粒粒径对挥发分析出量（质量分 灰分的质量分数，Ad 0.2239 数)的影响.从图中可以看出煤粉挥发分几乎瞬间 普朗特数，PA 0.7 析出，三种粒度的煤粉颗粒最大挥发分析出量相同， 非氧化反应活化能，E/(k·mol-l) 180 但是挥发分析出的时间不同，粒径为64、74和94μm 碳的热值，q。/kg) 3.34×107 的煤粉颗粒挥发分开始析出时间分别为2.7、3.2和 煤粉停留时间，r/ms 25 4.2ms,煤粉颗粒越小，挥发分开始析出时间越早. 注：喷枪位置PL表示喷枪与风口前端之间的距离 计算过程中喷枪出口位置距离风口前端为0.5m, 3.1煤粉粒径对燃烧率的影响 当煤粉颗粒粒径为64、74和94m时，煤粉颗粒在 煤粉颗粒的速度和温度直接影响颗粒的燃烧 直吹管的停留时间分别为2.31、2.35和2.43ms,如 率，因此首先研究了煤粉粒径对煤粉速度和温度的 图5所示.颗粒粒径越小，在直吹管的停留时间越 影响，如图2和图3所示. 短.由于煤粉颗粒在直吹管内的停留时间小于挥发 由图2可以看出，煤粉颗粒在很短的时间内就 分开始析出时间，因此煤粉颗粒在直吹管内几乎不 达到了热风速度.由于小颗粒的煤粉跟随性好，所 析出挥发分. 以煤粉粒径越小，达到热风速度所需的时间越短 图6为燃烧状态参数及反应频率因子随时间变 在2ms之后，不同粒径的煤粉颗粒速度均为热风速 化规律.从图中可以看出：在燃烧前期，Fb<-2.3, 度.图3给出了不同粒径的煤粉颗粒温度随时间的 煤粉燃烧属于动力控制：燃烧反应进行10s之后， 变化曲线.在直吹管内，环境温度为1473K,粒径为 -2.3<Fb<8,燃烧反应属于内孔扩散一动力控制， 64、74和94μm的煤粉颗粒最高温度分别为876、 Fb和k。.变化幅度非常小，近似为常数；当煤粉粒北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 运动的时间可达到 1 s． 为了研究煤粉粒径、煤粉成 分、风温、氧气体积分数以及喷吹量对煤粉燃烧率的 影响，计算过程中假设煤粉粒径分布均匀，不考虑煤 粉粒径对停留时间的影响，煤粉在回旋区内的停留 时间均为 25 ms． 计算过程中用到的参数如表 1 所示． 表 1 煤粉燃烧率计算参数 Table 1 Parameters in calculating the combustion ratio 参数 数值 挥发分析出量，( V) 0 0 粒径，( dp ) 0 /μm 74 纵向速度，( upy ) 0 /( m·s － 1 ) 0 鼓风温度，Tf /K 1473 初始氧气体积分数，Y 0. 23 挥发分的质量分数，Vad 0. 1445 固定碳的质量分数，Cad 0. 6220 黑度系数，εp 0. 8 气体常数，Ｒ /( J·mol － 1 ) 8. 3145 反应热，Hreac /( kJ·kg － 1 ) 9797 吨铁煤粉喷吹量，Mp /kg 190 喷枪位置，PL /m 0. 5 煤粉初温，( Tp ) 0 /K 300 横向速度，( upx ) 0 /( m·s － 1 ) 5 鼓风风速，ug /( m·s － 1 ) 230 理论燃烧温度，T /K 2373 煤粉密度，ρp /( kg·m － 3 ) 1600 水分的质量分数，Mad 0. 0096 灰分的质量分数，Aad 0. 2239 普朗特数，Pr 0. 7 非氧化反应活化能，E /( kJ·mol － 1 ) 180 碳的热值，qc /( J·kg － 1 ) 3. 34 × 107 煤粉停留时间，τ / ms 25 注: 喷枪位置 PL 表示喷枪与风口前端之间的距离． 3. 1 煤粉粒径对燃烧率的影响 煤粉颗粒的速度和温度直接影响颗粒的燃烧 率，因此首先研究了煤粉粒径对煤粉速度和温度的 影响，如图 2 和图 3 所示． 由图 2 可以看出，煤粉颗粒在很短的时间内就 达到了热风速度． 由于小颗粒的煤粉跟随性好，所 以煤粉粒径越小，达到热风速度所需的时间越短． 在 2 ms 之后，不同粒径的煤粉颗粒速度均为热风速 度． 图 3 给出了不同粒径的煤粉颗粒温度随时间的 变化曲线． 在直吹管内，环境温度为 1473 K，粒径为 64、74 和 94 μm 的煤粉颗粒最高温度分别为 876、 图 2 煤粉粒径对速度的影响 Fig． 2 Influence of coal diameter on the particle velocity 799 和 694 K，进入回旋区后煤粉颗粒达到理论燃烧 温度后保持不变． 从图中可以看出煤粉颗粒的升温 速率非常大，当煤粉粒径为 94 μm 时，在 8 ms 内，颗 粒温度由 300 K 上升至 2373 K，平均升温速率高达 2. 6 × 105 K·s － 1，并且煤粉颗粒越小，升温 速 率 越高． 图 3 不同煤粉颗粒温度变化 Fig． 3 Change in temperature with time for different particles 图 4 为煤粉颗粒粒径对挥发分析出量( 质量分 数) 的影响． 从图中可以看出煤粉挥发分几乎瞬间 析出，三种粒度的煤粉颗粒最大挥发分析出量相同， 但是挥发分析出的时间不同，粒径为 64、74 和94 μm 的煤粉颗粒挥发分开始析出时间分别为 2. 7、3. 2 和 4. 2 ms，煤粉颗粒越小，挥发分开始析出时间越早． 计算过程中喷枪出口位置距离风口前端为 0. 5 m， 当煤粉颗粒粒径为 64、74 和 94 μm 时，煤粉颗粒在 直吹管的停留时间分别为 2. 31、2. 35 和 2. 43 ms，如 图 5 所示． 颗粒粒径越小，在直吹管的停留时间越 短． 由于煤粉颗粒在直吹管内的停留时间小于挥发 分开始析出时间，因此煤粉颗粒在直吹管内几乎不 析出挥发分． 图 6 为燃烧状态参数及反应频率因子随时间变 化规律． 从图中可以看出: 在燃烧前期，Fb ＜ － 2. 3， 煤粉燃烧属于动力控制; 燃烧反应进行 10 ms 之后， － 2. 3 ＜ Fb ＜ 8，燃烧反应属于内孔扩散--动力控制， Fb 和 k0，ch变化幅度非常小，近似为常数; 当煤粉粒 · 032 ·