一氧化碳在循环流化床燃烧室中的燃烧模型 		［ 作者：狂流????转贴自：本站原创????点击数：111????更新时间：2004-3-18????文章录入：hblst ］		
一氧化碳在循环流化床燃烧室中的燃烧模型
王智微　李定凯　沈幼庭　郑洽余
摘　要：为了研究一氧化碳在循环流化床燃烧室（CFBC）中的燃烧，通过对纯气相反应中一氧化碳燃烧速率的若干常用公式的比较识别，根据CFBC内的气固结构特点，分析了一氧化碳在循环流化床燃烧室中的燃烧机理，提出了一氧化碳有效反应空间的概念，从而建立了一种适合于循环流化床燃烧室条件的一氧化碳燃烧计算模型。模型计算结果与报道的实验结果吻合很好。关键词：循环流化床燃烧室；一氧化碳；燃烧模型分类号：TK 16　文献标识码：A文章编号：1000-0054(2000)02-0110-04
CO combustion model for circulating fluidized bed combustor
WANG Zhiwei,LI Dingkai,SHEN Youting,ZHENG Qiayu(Department of Thermal Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China)
Abstract：For the purpose of calculating CO combustion in circulating fluidized bed combustor (CFBC),several formulas of CO oxidation rate for homogeneous gas-phase reaction were evaluated.The mechanism of CO oxidation reaction in CFBC was analyzed based on the characteristics of the CFBC gas-solid structure.The concept of effective reaction space was then introduced to develop a calculational model of CO burning rate in CFBC.The calculated results are in good agreement with reported experimental results.Key words：circulating fluidized bed combustor;carbon monoxide;combustion;combustion model▲
　　CO是可燃挥发份的主要组成之一，也是其它可燃挥发份和碳燃烧的中间产物。研究CO在CFBC中的燃烧特性，对保证CFBC的燃烧效率十分重要。许多研究者对可燃挥发份在CFBC中的燃烧作了大量的实验和理论研究［1～4］。大多数研究者认为，在CFBC内CO的燃烧速率远小于CO在气相条件下的燃烧速率。但是到目前为止，在多数发表的CFBC模型中，多采用纯气相反应条件下CO的燃烧模型，对CFBC中气固结构对CO燃烧的影响缺乏定量分析。本文对现有文献中的理论和实验结果进行识别，结合分析CFBC中气相燃烧特点，提出了一种适合于CFBC条件的CO燃烧速率计算方法。
1　CFBC中一氧化碳燃烧的机理分析
　　考虑到水蒸气的影响，纯气相条件下CO燃烧反应速率公式可简化为如下的一般形式：
　　(1) 
　　式中：R=max.book118.com-1.K-1。　　常见的具体公式如表1。
表1　CO燃烧速率公式(α=1.0,γ=0.5)
序号
公式
k0
E/(kJ.mol-1)
β
1
Howard［7］
1.30×1011
125.7
0.5
2
Dryer［6］
2.19×1012
167
0.25
3
Lavrov［6］
1.01×1010
118
0.25
4
Yetter［1］
1.28×1017
289
0.25
5
Hannes［1］
1.00×1010
125.7
0.5
6
Jensen［1］
3.25×1010
125.6
0.5
　　Rajan和Wen在循环流化床的综合模型中推荐用如下公式［5］：
　　(2)
　　式中：A=6.699×104J.mol-1。　　图1是在xO2=0.15，xCO=0.03，xH2O=0.05时，不同温度下各个公式计算的CO燃烧速率。由图1可见，Rajan式和Jensen式，Hannes式和Yetter式的计算结果分别相当。对于CFBC中CO的燃烧速率，现有的文献一般采用与Yetter公式同量级的公式计算。
图1　CO的燃烧速率
　　从燃烧机理上分析，CO的燃烧反应属于分支链式反应，在有H2O或H2时，反应更为复杂。CO的燃烧反应过程链主要有［2］：
CO＋O2→CO2＋OCO＋O→CO*2CO*2＋O2→CO2＋2OCO*2＋CO→CO2＋CO*CO*＋O2→CO2＋O
在有H2O或H2的条件下，还有能显著增加CO燃烧速率的附加反应过程：
CO＋O＋H2O→CO2＋H＋OHOH＋CO→CO2＋HH＋O2→OH＋O
　　其中，*表示为带电的活化粒子。　　CD的燃烧产物为CO2，当CO2浓度大时，上述链式反应能通过以下反应而终止：
CO2＋O→CO＋O2
　　更为重要的是，由于CFBC内有大量颗粒和颗粒团存在，这些颗粒表面会使CO燃烧反应链中的任何活化粒子（O,H,OH,CO*,CO*2）失活，从而使在颗粒表面附近的CO反应减弱或终止，导致流化床内的CO整体燃烧速率降低［2］。同时在颗粒表面附近，由于气体的燃烧和颗粒对气体的吸附作用，CO2的浓度增大，CO和O2的浓度降低，这也造成颗粒周围的气相反应难以进行。因此，在颗粒和颗粒团附近相当于存在一个扩展的“惰性”气体层，如图2所示。在“惰性”气体层内，CO很难发生反应。
图2　“惰性”气体层示意图
　　Hayhurst［2，3］等的实验研究证实了CO在流化床密相区颗粒相内的燃烧反应受到强烈的抑制，因此可以推断CO在CFBC内的燃烧速率比按纯气相反应公式所得的燃烧速率要小得多。
2　一氧化碳燃烧的计算模型及计算结果分析
　　实际上CO在燃烧室横截面上的分布不均，炉内物料的流动结构也十分复杂。为简化起见，本文采用沿轴向一维方法处理CO在CFBC中的燃烧计算问题。　　对CO在CFBC中的燃烧模型，可作如下简化：　　1）燃料热解的挥发份在燃烧室内满足一定的分布规律； 　　2）在CFBC中CO的燃烧反应为容积反应； 　　3）所有物料为惰性颗粒，CO在“惰性”气体层内不发生反应。　　假定床内任一空间ΔV的空隙率为ε，物料颗粒的平均直径为daver，“惰性”气体层的厚度为（dcloud-daver）/2。定义“惰性”气体层外直径同颗粒的平均直径比为当量直径比Kcd，　CO在空间ΔV内可发生燃烧反应的空间为有效反应空间Ve，有效反应空间同ΔV的比值为有效空间反应系数Kev，则
　　(3)
Kev=1-K3

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