[發(fā)明專利]一種煤粉最佳燃燒濃度的確定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710188598.1
• 申請(qǐng)日: 2007-12-13
• 公開（公告）號(hào): CN101183084A
• 公開（公告）日: 2008-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周屈蘭;董陳;趙欽新;徐通模;惠世恩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N25/22
• 分類號(hào): G01N25/22;G01N19/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 張震國

1.一種煤粉最佳燃燒濃度的確定方法，其特征在于：

1)首先由熱力學(xué)第一定律可知：Q₁＝Q₂+Q₃，其中，Q₁為煤粉氣流以及煙氣升溫所需的吸熱量，Q₂為煤粉氣流著火前從爐膛中的吸熱量；Q₃為煤粉氣流中的化學(xué)反應(yīng)放熱量；

2)根據(jù)熱力學(xué)第一定律建立著火過程的物理模型，即一次風(fēng)的流量為1kg/s，溫度為T_1k(K)，煤粉濃度為μ，卷吸溫度為T_l的高溫?zé)煔饬繛閒_re，二次風(fēng)量為f_2k，溫度為T_2k(K)，以速度u流動(dòng)經(jīng)過特征長度l，達(dá)到著火溫度T_zh；

煤粉氣流及煙氣升溫所需的吸熱量Q₁包括一次風(fēng)和混入煤粉氣流的二次風(fēng)氣流的顯熱，Q₁＝f_2kc_p，2k(T_zh-T_2k)+c_p，1k(T_zh-T_1k)，其中，c_p，1k和c_p，2k分別為一次風(fēng)和二次風(fēng)的比熱容；

煤粉氣流著火前從爐膛中的吸熱量Q₂＝f_rec_p，y(T_l-T_zh)，其中c_p，y為煙氣的比熱容，T_l為爐膛中的煙氣溫度，T_l＝k_qq_F，k_q為系數(shù)取1800～2200，q_F為爐膛的截面熱負(fù)荷，單位是MW/m²；

假設(shè)著火階段的燃燒反應(yīng)僅由揮發(fā)分與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而揮發(fā)分的發(fā)熱量取煤的低位發(fā)熱量Q^y_dw，則煤粉氣流中的化學(xué)反應(yīng)放熱量Q3=τwreQdwy,]]>其中，τ為特征停留時(shí)間，w_re為化學(xué)反應(yīng)的速度，將其寫為wre=k0[Vyμ1+Vyμ+fre+f2k]α[0.21(1+f2k)1+Vyμ+fre+f2k]βe-ERT‾,]]>其中，k₀為燃燒反應(yīng)的頻率因子；

V^y為應(yīng)用基揮發(fā)份；α、β為反應(yīng)指數(shù)；E為活化能；R為氣體常數(shù)；T‾=T1k+Tzh2]]>為煤粉氣流的平均溫度，和分別代表可燃物和氧氣的濃度；

3)設(shè)二次風(fēng)和一次風(fēng)溫度相同，T_2k＝T_1k，將Q₁、Q₂和Q₃的表達(dá)式代入Q₁＝Q₂+Q₃中可以得到：

f2kcp,2k(Tzh-T1k)+cp,1k(Tzh-T1k)]]>

=frecp,y(Tl-Tzh)+τQdwyk0[Vyμ1+Vyμ+fre+f2k]α[0.21(1+f2k)1+Vyμ+fre+f2k]βe-ERT‾---(1)]]>

將作為T的函數(shù)，在T＝T_1k作Taylor展開

e-ERT‾≈e-ERT1k+ERT1k2e-ERT1k(T‾-T1k)---(2)]]>

把(2)代入(1)，則可以求得

Tzh=T1k+frecp,y(Tl-T1k)+Kcp,1k+f2kcp,2k+frecp,y-E2RT1k2K---(3)]]>

其中，

K=τQdwyk0[Vyμ1+Vyμ+fre+f2k]α[0.21(1+f2k)1+Vyμ+fre+f2k]βe-ERT1k---(4)]]>

由K的定義式(4)可知，煤粉氣流的初溫T_1k增大、停留時(shí)間τ變長、煤種發(fā)熱量Q^y_dw增大，這些因素都利于化學(xué)反應(yīng)熱K的增大，

為了解煤粉氣流濃度的影響，把(4)式對(duì)μ求導(dǎo)，可以獲得使K達(dá)到極大值的條件：

μ=αβ·1+f2k+freVy---(5)]]>

式(5)就是最佳煤粉濃度的計(jì)算式，當(dāng)煤粉濃度滿足這個(gè)條件的時(shí)候，化學(xué)反應(yīng)放熱量K達(dá)到最大值，著火點(diǎn)的溫度T_zh達(dá)到最大值；

通過空氣動(dòng)力場的實(shí)驗(yàn)獲得了f_re、f_2k參數(shù)，然后在一個(gè)一維煤粉沉降爐中進(jìn)行熱態(tài)實(shí)驗(yàn)，通過i(i＞4)個(gè)工況的熱態(tài)實(shí)驗(yàn)獲得i個(gè)爐膛中心溫度T_1，i下對(duì)應(yīng)的i個(gè)著火溫度值T_zh，i，利用“非線性多元函數(shù)的最小二乘法”擬合得出多元函數(shù)T_zh＝f(T_1k，T_l，τ，Q^y_dw，V^y，μ，f_re，f_2k)的四個(gè)系數(shù)，從而得到煤粉的特性系數(shù)α、β。