δ——灰层厚度,m;
ε0、B——特定煤种的表面灰层结构参数;
Cf——环境氧浓度,mol/ m3;
D0——气体在灰层中的分子扩散系数,m2/s。
循环流化床的燃烧是低温燃烧,焦炭的燃烧主要以扩散燃烧为主。从式(1)中可看出,焦炭燃尽时间(τ)与环境氧浓度(Cf)成反比关系。高海拔、低气压将使环境氧浓度降低,如果不考虑煤质和其它因素的影响,高海拔、低气压将使焦炭燃尽时间延长。也就是说,高海拔、低气压最终将使煤粒燃尽时间延长。因此,在燃用相同煤种的情况下,高海拔地区的循环流化床锅炉要获得与平原地区循环流化床锅炉相同的燃烧效率,只有提高循环倍率或提高炉膛高度。对于高挥发份的褐煤而言,由于其挥发份大量析出造成焦炭的多孔性,使物性参数得以改善,有助于缩短燃尽时间,这样就使得锅炉燃烧效率得以部分弥补。炉膛高度不需按大气压力成比例地增加。
三、对流化床内煤粒破碎特性的影响
高海拔、低气压对炉内煤粒破碎特性无明显影响。
四、对流化床内煤粒磨损特性的影响
在流化床内,煤粒因燃烧而在其表面有一灰壳生成,脱硫剂也会在其外表面形成一个脱硫产物层,因此会影响燃烧的进一步进行和脱硫剂的有效性,从这个意义上讲,流化床内煤粒的磨损有利于燃烧和脱硫反应的进行。同时,磨损产生的细粒子可燃物扬析损失,也会导致燃烧效率的降低。
根据文献[1]介绍,对于低灰份煤(Aar<20%),磨损速率可用近似公式表示为:
Ra=2.33×10-8(u0-umf)1.2C0.8[exp-(6.2×10-4τ)+0.3]--------(2)
Ra——磨损速率,kg/s;
(u0-umf) ——剩余气速,m/s;
C——颗粒浓度,kg/m3;
τ——磨损时间,s。
从式(2)中可以看出,磨损速率与颗粒浓度(C0.8)有关。在相同的循环倍率和流化速度下,高海拔、低气压必然使炉膛截面增大,炉膛容积增加,空隙率增加,平均颗粒浓度降低,使磨损速率下降。这样,一方面使焦炭燃烧速度和脱硫效率降低,另一方面使细粒子可燃物扬析损失减少。高挥发份褐煤燃烧过程中产生大量的细颗粒,造成剩余气速减小,将进一步减缓磨损作用。所以,为增强磨损作用,提高燃烧效率和脱硫效率,高海拔地区的循环流化床锅炉应选取较高的循环倍率和流化速度。
五、对流化床内流体动力特性的影响
①在高海拔、低气压条件下,流体密度减小,空隙率增加,多相流的表观粘度减小,使流体在同一风速下对颗粒的曳力减小,并使燃料层达到一定的流化状态所需的流速增加。这可从文献[1]中推荐的燃料层能够保持稳定的临界雷诺数经验公式中分析得出:
Recr1=Ar/(1400+5.38Ar0.5)-------(3)
式中,阿基米德数:Ar=dp3 (ρp-ρg)g/ρgυ2,------(4)
其中dp、ρg、ρp、υ分别为颗粒平均尺寸、烟气密度、颗粒真密度、气体运动粘度。
对于循环流化床而言,由于ρp>>ρg, (ρp-ρg) ≈ρp ,于是式(4)可简化为:
Ar=dp3ρpg/ρgυ2-------(5)
根据文献2介绍,气体动力粘度与压力无关,而且:
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