煤燃燒焦炭破碎及殘灰粒子形成過程的模擬研究.pdf

1、煤炭是我國(guó)的主要能源，雖然其所占份額有逐年遞減的趨勢(shì)，但目前仍占我國(guó)一次能源的66％左右。燃用大量煤炭排放的SO2、NOx和顆粒物是我國(guó)大氣污染的主要來(lái)源，其中顆粒物對(duì)大氣的污染在近年來(lái)尤為嚴(yán)重。煤燃燒時(shí)顆粒物的生成是個(gè)非常復(fù)雜的過程，殘灰質(zhì)量在總顆粒物質(zhì)量中占主導(dǎo)地位，焦炭破碎對(duì)殘灰的生成及其尺寸分布起到?jīng)Q定性作用，因此對(duì)煤燃燒過程中焦炭破碎及殘灰粒徑分布的研究具有重要意義。然而由于條件所限，很難通過實(shí)驗(yàn)手段對(duì)燃燒過程中焦炭破碎殘灰形

2、成過程進(jìn)行詳細(xì)直觀的研究，而數(shù)值模擬作為實(shí)驗(yàn)研究的重要補(bǔ)充，在描述煤燃燒焦炭破碎殘灰形成過程等方面發(fā)揮著十分重要的作用?，F(xiàn)有的焦炭破碎模型都有著本身的不足，顆粒群平衡模擬忽略煤焦本身的物理性質(zhì)，三維破碎模型將孔和內(nèi)部礦物質(zhì)顆粒都假設(shè)為單一尺寸，這些都與實(shí)際煤燃燒焦炭破碎過程有較大差距。本文主要引入兩種模型（連續(xù)模型和離散模型）來(lái)模擬焦炭破碎及殘灰形成過程。先模擬單一孔徑和單一顆粒粒徑的模型，再將孔徑和顆粒粒徑離散化以更加貼近實(shí)際煤焦進(jìn)行

3、模擬。
　　首先分析模型幾何結(jié)構(gòu)得到表征灰形成過程的重要參數(shù)：分離距離Ls、聚合距離Lc和灰增長(zhǎng)數(shù)Λ，然后將模型程序化進(jìn)行模擬。連續(xù)模型中假設(shè)焦炭為已知半徑的球，孔和內(nèi)部礦物質(zhì)顆粒作為離散相隨機(jī)分布到球內(nèi)，先模擬單一孔徑和單一內(nèi)部礦物質(zhì)顆粒粒徑的模型并分析結(jié)果，再模擬有孔徑分布和顆粒粒徑分布的模型并分析結(jié)果。離散模型中將焦炭假設(shè)為一個(gè)正八面體團(tuán)簇，該團(tuán)簇由大量空座或被占座構(gòu)成，其中空座代表孔，被占座代表碳基質(zhì)，所有被占座中以一定概

4、率分布相同質(zhì)量灰。用最外層座逐層脫落過程模擬外部擴(kuò)散控制區(qū)的焦炭反應(yīng)。最后分布灰質(zhì)量，重新模擬并分析結(jié)果。
　　分析連續(xù)模型的模擬結(jié)果可得：殘灰尺寸呈現(xiàn)雙峰分布；隨著孔隙率增大，殘灰數(shù)量增多、灰尺寸減?。换以鲩L(zhǎng)數(shù)Λ在一定程度上可以預(yù)測(cè)殘灰尺寸。模型中添加內(nèi)部礦物質(zhì)顆粒粒徑分布和孔徑分布時(shí)，殘灰尺寸的分布范圍更廣。
　　離散模型的模擬結(jié)果顯示：殘灰尺寸也呈現(xiàn)雙峰分布；模型尺寸越大，殘灰尺寸分布越廣，選擇大尺寸模型模擬時(shí)結(jié)果更為