中国科学院工程热物理研究所( IET)结合近年来的研究成果和现场试验及运行数据，进行了75 t/h、130 t/h、220 t/h、410 t/h和650 t/h CFB锅炉数值模化工作，本文介绍模拟IET设计的某75 t/h CFB锅炉燃烧系统的情况，将计算参数与设计参数进行对比，分析模型计算结果并从机理上分析结果的合理性。
1、75 t/h CFB锅炉设计参数
IET 75 t/h CFB锅炉炉膛高度为20. 32 m，下二次风离布风板的高度为2. 22 m，上二次风高度为4.52m。炉膛下部内衬耐磨材料，分离器采用高温旋风分离器。一次风经布风板送入炉内，二次风又分为上下两级，上二次风的位置被用来确定密相区的高度。炉膛过量空气系数为0.2，其中一次风份额为0.55，空气预热温度为180℃。计算中取密相区（也就是上二次风以下区域）小室数目10个，稀相区小室数目20个。煤的元素工业分析结果见表1，给煤的粒径分布见表2。
2、计算结果及分析
假设挥发分在密相区内完全、均匀释放，额定负荷下的一些计算结果见表3。
由表3可见，飞灰含碳量、灰渣含碳量、碳燃烧效率等均在合理范围之内，另外，炉膛顶部烟气出口温度为875℃，而设计温度为900℃，二者相差不多。总的来说，上述结果从定性的角度来看是合理的。CFB锅炉模型对象的一个重要特性就是计算温度、传热系数、物料浓度、气体浓度等参数的分布特性。图1给出了炉内温度沿炉膛高度的变化情况。
从定性角度来看，CFB内温度分布比较均匀。大量试验表明，二次风的加入往往会引起局部烟气温度的升高。本文虽然没有预测出这种趋势，但从图1可以看到，在炉膛高度(2.5~5.0)m之间温度下降速度要比(5.0~7.5)m之间快。这说明二次风的加入确实延缓了附近区域温度下降趋势。
图2给出了炉内反应释热速率沿炉膛高度变化情况。从该图可以看出放热速率存在2个极大值。1个位于给煤点附近，可以理解为给煤入炉后挥发分迅速释放并燃烧从而放出大量热量。而后，由于得不到足够的氧气，反应速率变缓。随着上二次风的加入，补充了足够的氧气，因此反应加速，形成反应释热的另1个峰值，这也减缓了温度的下降。
图3、图4分别给出了炉内颗粒流量及上下颗粒流量差沿炉膛高度的变化情况。从图3可以看出，密相区内单向的颗粒流量非常高，进入稀相区之后颗粒流量急速下降。由于炉内温度非常高，在900℃左右，这些颗粒会带着大量的显焓进入密相区中的某个小室。在这种情况下，该小室内的反应放热仅占其总热焓的很少一部分，因此燃烧放热并不能明显地改变此处的温度。同样道理，虽然二次风的加入加快了反应速度，但对温度的影响较小。由于实际测量结果大多数是在实验室规模下进行的，床内颗粒流量可能较小，因此二次风能够较大地改变此处的温度。另外，从图4还可以看到，密相区内颗粒往上与向下流量之差为零，证明了密相区内是充分混合的这个基本过程。在稀相段，颗粒上下流量之差为一个常数。从颗粒总体质量平衡角度分析，这个差量约等于进入旋风分离器内的颗粒流量。从图可以看出，在当前工况下，进入分离器的颗粒流量约为100kg/s。
图5给出了平均空隙率沿炉膛高度的变化情况。可以看出，在布风板附近区域，颗粒空隙率受一次风的影响较大，颗粒较稀。但在密相区的大部分区域，空隙率比较一致，这也说明密相床内混合比较均匀。进入稀相区之后，空隙率急速上升，而颗粒浓度急剧下降。这点同颗粒扬析夹带率的下降趋势一致。可以看到，在某个高度以上，空隙率或扬析夹带率基本上没有变化。根据TDH（输送高度）定义方法，可以据此确定这个特征高度。
图6给出了氧气、二氧化碳和水蒸气的浓度变化情况。该图较明显地显示了烟气浓度随锅炉进风的变化情况。从图可以看出，二氧化碳的浓度在高度方向基本上是上升的，而水蒸气的浓度在进入稀相区之后基本上没有变化。这可能同挥发分析出及燃烧模型有关，也可能同碳氢化合物的燃烧特性有关。因为，一般情况下，碳氢化合物从煤中析出后能够迅速燃烧并消耗干净，其产物之一为H，O。由于模型中假定挥发分在密相区均匀释放，因此水蒸汽浓度分布同挥发分析出模型一致。CO，浓度的不断增加，一方面是因为CO燃烧会持续较长的时间，另一方面焦炭在炉膛上部的燃烧也会增加CO，的排放。
图7给出了CO浓度变化情况。从图可以看出，CO浓度随着炉膛高度的增加，先是迅速上升，在某个位置达到第1个峰值（该处对应着给煤点），说明挥发分在此大量析出。而后CO与氧气反应被消耗。随着高度的增加，CO由于得不到足够的氧气其浓度又会增加。直到上二次风加入后，其浓度才逐渐减小。在炉膛出口处，CO的浓度约为20uL/L，
图8分别给出了气泡相和乳化相中CO浓度的分布。从图可以看出，二者之间区别较大。这说明对气泡相和乳化相分别考虑气体质量平衡是必要的。
图9给出了稀相区中环行区厚度变化情况。可以看到，随着炉膛高度的增加，环区的厚度逐渐变薄，最大环区的厚度约为210mm。
图10给出了炉膛中传热系数的变化情况。由于床高2.0m以下区域布置有耐磨材料，该区域中的实际换热系数应为上图中的数值乘以系数0.6。从图可以看出，密相床中的换热系数约为240 W/(m2K)。在密相床以上随着高度的增加，由于固体浓度开始随高度急剧减小，随后趋于平缓，所以换热系数也有一个先急剧下降，然后又趋于平缓的过程。在炉膛出口处，总的换热系数约为118 W/(m2K)。同时还可以看到，总传热系数主要随对流传热系数而变化。这是因为炉内温度均匀，辐射传热系数相对变化不大的缘故。
3结论
本文用所建模型预测了IET设计的某75 t/h CFB锅炉的燃烧性能。从定性的角度来看，计算结果基本上是合理的。所预测的各参数变化趋势基本上能够从模型中得到解释，验证了模型与计算结果的一致性，30码期期必中不但销售生物质锅炉，同时我们也销售木屑颗粒机压制的木屑生物质颗粒燃料。
