一种掺烧污泥数值模拟中焦炭燃烧模型改进方法与系统技术方案

本发明专利技术提供了一种掺烧污泥数值模拟中焦炭燃烧模型改进方法及系统，包括将掺烧污泥数值模拟中原有的动力或扩散控制的焦炭燃烧模型改进为考虑灰层扩散阻力的动力或扩散控制的焦炭燃烧模型；基于考虑灰层扩散阻力的缩核模型计算污泥掺烧过程中的焦炭燃烧速率，将计算出的焦炭燃烧速率替换原有的焦炭燃烧模型中对应的数值，以便利用改进后的考虑灰层扩散阻力的焦炭燃烧模型进行污泥掺烧过程中焦炭燃烧过程的数值模拟计算。本发明专利技术通过利用考虑灰层扩散阻力的动力或扩散控制的焦炭燃烧模型计算焦炭燃烧速率，并替代原有模型进行数值模拟计算，可以进一步精确数值模拟研究结果，优化污泥掺混比的研究结果。优化污泥掺混比的研究结果。优化污泥掺混比的研究结果。

【技术实现步骤摘要】
一种掺烧污泥数值模拟中焦炭燃烧模型改进方法与系统


[0001]本专利技术属于燃煤电厂掺烧污泥数值模拟
，具体涉及一种掺烧污泥数值模拟中焦炭燃烧模型改进方法与系统。

技术介绍

[0002]煤作为我国储量最丰富的的化石能源，在能源生产结构中占据绝对主导地位。随着中国经济的快速增长，国内火力发电工业蓬勃发展。然而目前在煤炭利用上存在利用率低和污染严重的问题，每年因控制污染物排放带来了巨大的经济投入。因此，如何解决燃煤机组效率低和污染物排放控制的问题变得尤为重要。
[0003]由于大型电站的炉内燃烧过程是一个复杂的物理、化学过程，准确的描述这一过程需要不断完善数值计算模型。目前国内外技术在燃煤锅炉掺烧污泥的数值模拟中均采用FLUENT自带的动力/扩散的焦炭燃烧模型，但是该模型未考虑随碳粒燃烧不断生成的灰分对氧气扩散过程的影响，从而造成炉膛出口飞灰含碳量数值模拟结果与工程实际中存在较大偏差。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术旨在解决现有采用FLUENT自带的动力/扩散的焦炭燃烧模型，未考虑随碳粒燃烧不断生成的灰分对氧气扩散过程的影响，从而造成炉膛出口飞灰含碳量数值模拟结果与工程实际中存在较大偏差的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种掺烧污泥数值模拟中焦炭燃烧模型改进方法，包括如下步骤：
[0007]将掺烧污泥数值模拟中原有的动力或扩散控制的焦炭燃烧模型改进为考虑灰层扩散阻力的动力或扩散控制的焦炭燃烧模型；
[0008]基于考虑灰层扩散阻力的缩核模型计算污泥掺烧过程中的焦炭燃烧速率，将计算出的焦炭燃烧速率替换原有的焦炭燃烧模型中对应的数值，以便利用改进后的考虑灰层扩散阻力的焦炭燃烧模型进行污泥掺烧过程中焦炭燃烧过程的数值模拟计算；
[0009]其中，考虑灰层扩散阻力的缩核模型计算污泥掺烧过程中的焦炭燃烧速率的计算式如下：
[0010][0011]式中，R
char
为焦炭的燃烧速率，M
char
为焦炭的原子量，为氧气的消耗速率，为氧气的分子量，d为缩核模型中颗粒的直径，C
∞
为缩核模型中气膜外的氧气浓度，k为焦炭反应总体速率系数。
[0012]进一步的，焦炭反应总体速率系数k的计算式如下：
[0013][0014]式中，Y为缩核模型中碳核与颗粒的直径比，k
m
为气膜扩散系数，k
ash
为灰层扩散速率，k
r,t
为t时刻焦炭的反应活性。
[0015]进一步的，t时刻焦炭的反应活性k
r,t
的计算式如下：
[0016]k
r，t
＝(1
‑
ξ)k
r，0
+ξk
r，∞
[0017]式中，ξ为热失活系数，k
r，0
为未失活焦炭的反应活性，k
r，∞
为热失活焦炭的反应活性。
[0018]进一步的，灰层扩散速率k
ash
的计算式如下：
[0019]k
ash
＝D
ash
/L
ash
[0020]式中，D
ash
为氧气在灰层中的扩散系数，L
ash
为灰层厚度。
[0021]进一步的，气膜扩散系数k
m
的计算式如下：
[0022][0023]式中，D为扩散系数，Sh为舍伍德准数。
[0024]第二方面，本专利技术提供了一种掺烧污泥数值模拟中焦炭燃烧模型改进系统，包括：
[0025]化学反应模型改进单元，用于将掺烧污泥数值模拟中原有的动力或扩散控制的焦炭燃烧模型改进为考虑灰层扩散阻力的动力或扩散控制的焦炭燃烧模型；
[0026]数值模拟单元，用于基于考虑灰层扩散阻力的缩核模型计算污泥掺烧过程中的焦炭燃烧速率，将计算出的焦炭燃烧速率替换原有的焦炭燃烧模型中对应的数值，以便利用改进后的考虑灰层扩散阻力的焦炭燃烧模型进行污泥掺烧过程中焦炭燃烧过程的数值模拟计算；
[0027]其中，考虑灰层扩散阻力的缩核模型计算污泥掺烧过程中的焦炭燃烧速率的计算式如下：
[0028][0029]式中，R
char
为焦炭的燃烧速率，M
char
为焦炭的原子量，为氧气的消耗速率，为氧气的分子量，d为缩核模型中颗粒的直径，C
∞
为缩核模型中气膜外的氧气浓度，k为焦炭反应总体速率系数。
[0030]进一步的，在数值模拟单元中，焦炭反应总体速率系数k的计算式如下：
[0031][0032]式中，Y为缩核模型中碳核与颗粒的直径比，k
m
为气膜扩散系数，k
ash
为灰层扩散速率，k
r,t
为t时刻焦炭的反应活性。
[0033]进一步的，在数值模拟单元中，t时刻焦炭的反应活性k
r,t
的计算式如下：
[0034]k
r，t
＝(1
‑
ξ)k
r，0
+ξk
r，∞
[0035]式中，ξ为热失活系数，k
r，0
为未失活焦炭的反应活性，k
r，∞
为热失活焦炭的反应活性。
[0036]进一步的，灰层扩散速率k
ash
的计算式如下：
[0037]k
ash
＝D
ash
/L
ash
[0038]式中，D
ash
为氧气在灰层中的扩散系数，L
ash
为灰层厚度。
[0039]进一步的，气膜扩散系数k
m
的计算式如下：
[0040][0041]式中，D为扩散系数，Sh为舍伍德准数。
[0042]综上，本专利技术提供了一种掺烧污泥数值模拟中焦炭燃烧模型改进方法及系统，包括将掺烧污泥数值模拟中原有的动力或扩散控制的焦炭燃烧模型改进为考虑灰层扩散阻力的动力或扩散控制的焦炭燃烧模型；基于考虑灰层扩散阻力的缩核模型计算污泥掺烧过程中的焦炭燃烧速率，将计算出的焦炭燃烧速率替换原有的焦炭燃烧模型中对应的数值，以便利用改进后的考虑灰层扩散阻力的焦炭燃烧模型进行污泥掺烧过程中焦炭燃烧过程的数值模拟计算。本专利技术通过利用考虑灰层扩散阻力的动力或扩散控制的焦炭燃烧模型计算焦炭燃烧速率，并替代原有模型进行数值模拟计算，可以进一步精确数值模拟研究结果，优化污泥掺混比的研究结果。
附图说明
[0043]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掺烧污泥数值模拟中焦炭燃烧模型改进方法，其特征在于，包括如下步骤：将掺烧污泥数值模拟中原有的动力或扩散控制的焦炭燃烧模型改进为考虑灰层扩散阻力的动力或扩散控制的焦炭燃烧模型；基于考虑灰层扩散阻力的缩核模型计算污泥掺烧过程中的焦炭燃烧速率，将计算出的所述焦炭燃烧速率替换原有的焦炭燃烧模型中对应的数值，以便利用改进后的考虑灰层扩散阻力的焦炭燃烧模型进行污泥掺烧过程中焦炭燃烧过程的数值模拟计算；其中，所述考虑灰层扩散阻力的缩核模型计算污泥掺烧过程中的焦炭燃烧速率的计算式如下：式中，R
char
为焦炭的燃烧速率，M
char
为焦炭的原子量，为氧气的消耗速率，为氧气的分子量，d为缩核模型中颗粒的直径，C
∞
为缩核模型中气膜外的氧气浓度，k为焦炭反应总体速率系数。2.根据权利要求1所述的掺烧污泥数值模拟中焦炭燃烧模型改进方法，其特征在于，所述焦炭反应总体速率系数k的计算式如下：式中，Y为缩核模型中碳核与颗粒的直径比，k
m
为气膜扩散系数，k
ash
为灰层扩散速率，k
r,t
为t时刻焦炭的反应活性。3.根据权利要求2所述的掺烧污泥数值模拟中焦炭燃烧模型改进方法，其特征在于，所述t时刻焦炭的反应活性k
r,t
的计算式如下：k
r，t
＝(1
‑
ξ)k
r，0
+ξk
r，∞
式中，ξ为热失活系数，k
r，0
为未失活焦炭的反应活性，k
r，∞
为热失活焦炭的反应活性。4.根据权利要求2所述的掺烧污泥数值模拟中焦炭燃烧模型改进方法，其特征在于，所述灰层扩散速率k
ash
的计算式如下：k
ash
＝D
ash
/L
ash
式中，D
ash
为氧气在灰层中的扩散系数，L
ash
为灰层厚度。5.根据权利要求2所述的掺烧污泥数值模拟中焦炭燃烧模型改进方法，其特征在于，所述气膜扩散系数k
m
的计算式如下：式中，D为扩散系数，Sh为舍伍德准数。6.一种掺烧污泥数值模拟中焦炭燃烧模型改进系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：李德波，陈兆立，陈智豪，宋景慧，
申请(专利权)人：南方电网电力科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：