燃煤鍋爐摻燒卡車輪胎粉末的數值模擬研究

李子涵, 金承璋, 姜未汀, 潘衛國, 潘丹露, 崔 涵

(1.上海電力大學, 上海 200090; 2.國網上海市電力公司, 上海 200035;3.萬聯能源集團有限公司, 江蘇 連云港 222000)

《2017—2022年中國汽車輪胎行業市場深度調研及投資前景分析報告》指出,我國于2017年共計生產輪胎9.79億條,并預測2019年產量將達到驚人的10億條。其中,貨車和重卡的輪胎消耗量占比達到了約6成,消耗量相當可觀。隨著社會經濟的不斷發展,廢舊輪胎的數量也將不斷提升。與煤相比,廢舊輪胎的熱值較高[1],若采用輪胎等橡膠制品作為燃料[2-5],并將其運用在電廠鍋爐上,可節省一定的化石資源,保護自然環境,并為廢舊輪胎的處理問題提供新的思路。這種方法已經在西方各國[6-11]予以應用,但在國內,橡膠作為燃料還是個新興課題。文獻[12-14]通過熱重實驗證明了煤粉和橡膠有較好的混合熱解特性,可應用于電站鍋爐的摻燒。文獻[15-16]研究發現,采用Simple算法對鍋爐進行數值模擬效果較好,且Fluent軟件模擬的結果較為合理準確。因此,可利用Fluent軟件作為載體,設置1臺300 MW的鍋爐,進行摻燒橡膠的數值模擬計算。

1 燃煤與卡車輪胎的混燃

1.1 理論基礎

以鍋爐總熱不變為基礎,熱量計算平衡公式為

B0Qar,net=Bar,netQar,net+BtdfQtdf,net

(1)

式中:B0——原始工況下煤的燃燒量,kg;

Qar,net——煤的低位熱值,kJ/kg;

Bar,net——摻燒工況下煤的燃燒量,kg;

Btdf——卡車輪胎粉末的燃燒量,kg;

Qtdf,net——卡車輪胎粉末的低位熱值,kJ/kg。

摻燒比的計算公式為

(2)

式中:α——摻燒比例;

Qf——非摻燒工況下純煤燃燒生成的熱值,kJ/kg。

理論空氣量的計算公式為

(3)

式中:V——單位質量燃料燃燒所需理論空氣量,m3/kg;