·228+ 北京科技大学学报 第36卷 K;T为环境温度，K 炉壁与碳粒之间的辐射换热Q为 1.4炭粒温度 QR=5 S (T -T)=Ts do(T-T) 煤粉的热量交换主要包括三部分：(1)与热风 之间进行对流换热；(2)碳粒燃烧反应放热以及挥 式中，S。为煤粒的表面积，T.为壁温，e。为黑度系 发分析出吸热：(3)与炉壁之间辐射换热.对流传热 数，σ为玻尔兹曼常数 方程如下： 煤粉总的传热方程为， Qc=TdA (2+0.6Re.5Pro.33)(T.-T) :-Qc+Qu-Qw mpcpe dt (4) 式中，T.和T。分别为气体表面温度和颗粒的温度， 入。为气体导热系数 式中：cpe为煤粉颗粒比热容，J小(kgK)-1 热量被碳粒和气体吸收，反应热换Q为 1.5燃烧速率 =治74尝 影响煤粉燃烧状态的因素很多，例如煤粉粒径、 QM=dt 温度、环境氧气体积分数、氧的扩散系数等都将影响 式中：m。为碳粒质量，kg;Hc为碳粒的反应热，包 煤粉的燃烧状态。为了求解煤粉燃烧表面动力学参 括煤粉的热解和气化反应吸热和碳的氧化反应放 数，根据傅维镳的提出的煤燃烧通用规律，可得煤 热，Hnc=9797kJkg1. 粉燃烧反应动力学参数的通用表达式为： rko.h=4.109(Fz+27)8.%×10-20-(0.8363+0.7082b+0.2150F2+0.0267Fb3+0.00107Fb)ep(-Fb)], Fh>-2: ka-4109(+2)×i0a[a1637+05en(0g)】 Fh≤-2. (5) 式中：k。为反应频率因子，ms:Fz为煤质指数， 面气体扩散系数，m2·s-1;E为活化能，180kJ· Fz=(Va+Ma)2Ca×100:Fb为燃烧状态参数)， mol-;Nu为努赛尔数：R为气体常数.采用迭代法 当Fh<-2.3时燃烧反应属于动力控制，当-2.3< 计算ko.h和Fb,直至1(ko.h).-(ko.).-1I在允许的 Fb<8时属于内孔扩散-动力控制，当Fb≥8时则属 误差范围内，初值(ko.)。=4.109×(Fz+27)18%× 于扩散控制.定义如下： 10-2 h=hp(后)】 (6) 由于燃烧速率与Fh和D有关，通过拟合实验 数据得到量纲一的通用燃烧速率公式： 式中：。.为质量分数，Y。=2.75Y。D,为颗粒表 [1.414×10-9Fb°-1.483×10-Fb8-6.382×10-7Fb'-1.167×10-6Fh6+4.427×10-5Fh+1.26× 10-4Fh4-1.238×10-3Fh3-2.441×10-3Fh2+0.2748Fb+0.0829, D≤10，Fh>-2; G.=2214×109'-1.057×10-6.81x107-2.2×10-+4.06×10-F2+1.953× 10-4Fb-9.551×10-4F3-3.179×10-3Fh2+2.254×10-2Fb+0.07724,D>10,Fb>-2; 2m是m-忌 Fh≤-2. D.Nu (7) 式中：D为空间反应邓克尔数，D=4.95×105× Y=Y。-(M,×Vom/)×(1-G), (8) rp/Nu:颗粒燃烧速率G.=2πd,p.D.G。,kgsl; G=(v+)/(1-A). (9) 1.6氧气体积分数以及燃烧率的计算 式中：Y。为初始氧气体积分数；G为煤粉燃烧率； 鼓风中的氧气主要用于煤粉和焦炭的燃烧，煤 Vo为单位质量煤粉耗氧量，0.933m3·kg1:M,为 粉在燃烧过程中周围的氧气体积分数逐渐变小，假 吨铁喷吹煤粉量，kg;V为吨铁鼓风量，计算过程中 设煤粉比焦炭优先燃烧，在煤粉未燃烬前氧气体积 为1250m3;V为释放的挥发分的质量分数；w.为己 分数的变化规律为 燃烧的碳质量分数；A,为煤粉灰分的质量分数.北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 K; T∞ 为环境温度，K． 1. 4 炭粒温度 煤粉的热量交换主要包括三部分: ( 1) 与热风 之间进行对流换热; ( 2) 碳粒燃烧反应放热以及挥 发分析出吸热; ( 3) 与炉壁之间辐射换热． 对流传热 方程如下: QC = πdpλg ( 2 + 0. 6Ｒe0. 5Pr0. 33 ) ( Tg － Tp ) ． 式中，Tg 和 Tp 分别为气体表面温度和颗粒的温度， λg 为气体导热系数． 热量被碳粒和气体吸收，反应热换 QM 为 QM = dmp dt Hreac = 1 2 ρp d2 p ddp dt Hreac ． 式中: mp 为碳粒质量，kg; Hreac 为碳粒的反应热，包 括煤粉的热解和气化反应吸热和碳的氧化反应放 热，Hreac = 9797 kJ·kg － 1 ． 炉壁与碳粒之间的辐射换热 QＲ 为 QＲ = εp Spσ( T4 p － T4 w ) = πεp d2 pσ( T4 p － T4 w ) ． 式中，Sp 为煤粒的表面积，Tw 为壁温，εp 为黑度系 数，σ 为玻尔兹曼常数． 煤粉总的传热方程为， mp cp，c dTp dt = QC + QM － QＲ． ( 4) 式中: cp，c为煤粉颗粒比热容，J·( kg·K) － 1 ． 1. 5 燃烧速率 影响煤粉燃烧状态的因素很多，例如煤粉粒径、 温度、环境氧气体积分数、氧的扩散系数等都将影响 煤粉的燃烧状态． 为了求解煤粉燃烧表面动力学参 数，根据傅维镳［15］提出的煤燃烧通用规律，可得煤 粉燃烧反应动力学参数的通用表达式为: k0，ch = 4. 109( Fz + 27) 18. 98 × 10 － 22［1 － ( 0. 8363 + 0. 7082Fb + 0. 2150Fb2 + 0. 0267Fb3 + 0. 00107Fb4 ) exp( － Fb) ］， Fb ＞ － 2; k0，ch = 4. 109( Fz + 27) 18. 98 × 10 [ － 22 ( 0. 1637 + 0. 86exp 0. 51 ) ] Fb + 1. 59 { ， Fb≤ － 2． ( 5) 式中: k0，ch为反应频率因子，m·s － 1 ; Fz 为煤质指数， Fz = ( Vad + Mad ) 2 Cad × 100; Fb 为燃烧状态参数［17］， 当 Fb ＜ － 2. 3 时燃烧反应属于动力控制，当 － 2. 3 ＜ Fb ＜ 8 时属于内孔扩散--动力控制，当 Fb≥8 时则属 于扩散控制． 定义如下: Fb = ln [ k0，ch dp DsNu Yo，∞ ( exp － E ＲT ) ] p ． ( 6) 式中: Yo，∞ 为质量分数，Yo，∞ = 2. 75Yo，∞ ; Ds为颗粒表 面气体 扩 散 系 数，m2 ·s － 1 ; E 为 活 化 能，180 kJ· mol － 1 ; Nu 为努赛尔数; Ｒ 为气体常数． 采用迭代法 计算 k0，ch和 Fb，直至| ( k0，ch ) n － ( k0，ch ) n － 1 |在允许的 误差范围内，初值( k0，ch ) 0 = 4. 109 × ( Fz + 27) 18. 98 × 10 － 22 ． 由于燃烧速率与 Fb 和 Dag有关，通过拟合实验 数据得到量纲一的通用燃烧速率公式: Gc = 1. 414 × 10 － 9Fb9 － 1. 483 × 10 － 8Fb8 － 6. 382 × 10 － 7Fb7 － 1. 167 × 10 － 6Fb6 + 4. 427 × 10 － 5Fb5 + 1. 26 × 10 － 4Fb4 － 1. 238 × 10 － 3Fb3 － 2. 441 × 10 － 3Fb2 + 0. 2748Fb + 0. 0829， Dag≤104 ，Fb ＞ － 2; 2. 214 × 10 － 9Fb9 － 1. 057 × 10 － 9Fb8 － 6. 811 × 10 － 7Fb7 － 2. 92 × 10 － 6Fb6 + 4. 06 × 10 － 5Fb5 + 1. 953 × 10 － 4Fb4 － 9. 551 × 10 － 4Fb3 － 3. 179 × 10 － 3Fb2 + 2. 254 × 10 － 2Fb + 0. 07724， Dag ＞ 104 ，Fb ＞ － 2; ( 12 /44) k0，ch dp DsNu Yo，∞ ( exp － E ＲT ) p ， Fb≤ － 2          ． ( 7) 式中: Dag为空间反应邓克尔数，Dag = 4. 95 × 1013 × r 2 p ρ 1. 5 s /Nu; 颗粒燃烧速率 Gc = 2πdp ρsDsGc，kg·s － 1 ; 1. 6 氧气体积分数以及燃烧率的计算 鼓风中的氧气主要用于煤粉和焦炭的燃烧，煤 粉在燃烧过程中周围的氧气体积分数逐渐变小，假 设煤粉比焦炭优先燃烧，在煤粉未燃烬前氧气体积 分数的变化规律为 Y = Y0 － ( Mp × V( O2) /Vb ) × ( 1 － G) ， ( 8) G = ( Vad + wc ) /( 1 － Aad ) ． ( 9) 式中: Y0 为初始氧气体积分数; G 为煤粉燃烧率; V( O2) 为单位质量煤粉耗氧量，0. 933 m3 ·kg － 1 ; Mp为 吨铁喷吹煤粉量，kg; Vb为吨铁鼓风量，计算过程中 为 1250 m3 ; Vad为释放的挥发分的质量分数; wc为已 燃烧的碳质量分数; Aad为煤粉灰分的质量分数． · 822 ·