多孔壁风耦合空气分级条件下煤粉燃烧的数值模拟
发布时间：2021-08-06 20:35
为阐明多孔壁风耦合空气分级对煤粉燃烧的作用特性,利用商业软件Ansys Fluent进行了数值模拟研究,并采用用户自定义函数法（UDF）编译写入了焦炭气化反应和NO被焦炭异相还原的宏文件。探究了燃烧炉中流场、温度场和主要组分浓度场的分布规律,分析了多孔壁风对NOx排放和燃烧效率的影响。结果表明:多孔壁风系数存在优化值,此时不会明显影响炉内的燃烧组织;多孔壁风可在主燃区和还原区壁面形成空气膜,其中,主燃区空气膜中氧气体积分数大于4%,还原区不低于2%,阻止了还原性气体的腐蚀;多孔壁带入还原区的氧气能够与焦炭结合,在焦炭表面生成含氧络合物C（O）,既能强化NO的异相还原,又能促进焦炭在燃尽区燃烧。
【文章来源】：西安交通大学学报. 2020,54(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
燃烧炉的网格划分和主要结构
为了验证数值模拟方法的可靠性，将部分模拟的计算值与实验值进行对比。图2是煤粉炉中心线温度的计算值和实验值的对比，表4列出了煤粉炉出口NO体积分数及飞灰中碳的质量分数的计算值与实验值。可以看出，温度、NO体积分数及飞灰中碳的质量分数等的计算值与实验值误差均在10%以内。可见，本文采用的模拟方法能够获得较为满意的计算结果。2.2 流场和温度场
图4是煤粉炉内CO和H2浓度场分布，可以看出二者体积分数分布非常相似。煤粉气流喷出煤粉炉，挥发分迅速热解，大量的CO和H2等释放出来，其体积分数快速达到各自峰值的10%和7%左右。由于多孔壁风对气流的限制，热解主要发生在主燃区中心线附近（见图3），高浓度的CO和H2也出现在中心线附近，沿径向其浓度逐渐降低，以致主燃区壁面附近的体积分数为0。可见，多孔壁的确抑制了腐蚀性气体对壁面的侵蚀。另外，主燃区和还原区总体上为强还原性气氛，仅壁面由于多孔壁风的作用形成了局部氧化性气氛。随着气流进入燃尽区，燃尽风带入过量的氧气，剩余焦炭再次燃烧，温度范围为1 050～1 200 K,CO和H2迅速被氧化，体积分数降为0。图5是煤粉炉内O2浓度场分布。燃烧器出口φ（O2）高达16%，由于燃烧反应的作用，O2快速消耗，中心线附近体积分数降低为0。由于多孔壁风的作用，主燃区壁面形成了一层空气膜，从Z=230mm截面可看出，空气膜中φ（O2）为4%～8%。进入还原区，气膜中φ（O2）逐渐降低，但直至Z=450mm，壁面φ（O2）仍然超过2%，说明还原区壁面也可有效防止还原性气氛的腐蚀。O2浓度场分布直观地证明了多孔壁风可在主燃区和还原区壁面形成一层连续的空气膜，有效防止还原性气体的侵蚀。进入燃尽区，由于燃尽风的喷入，O2体积分数快速升高。至燃烧结束，O2的体积分数最终稳定在4%左右。
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤粉燃烧过程中H2S生成详细机理研究[J]. 吕嗣晨,王川保,赵军,马红和. 西安交通大学学报. 2020(04)
[2]准东煤旋风燃烧的数值模拟[J]. 张向宇,杨玉,白文刚,徐宏杰. 西安交通大学学报. 2019(11)
[3]煤粉燃烧过程中H2S生成机理研究进展[J]. 马红和,周璐,马素霞,白玉. 热力发电. 2019(01)
[4]分离式燃尽风降低锅炉NOx排放的试验研究[J]. 王涌,周屈兰,刘国庆,景雪晖,刘入维. 工程热物理学报. 2011(02)
本文编号：3326447
【文章来源】：西安交通大学学报. 2020,54(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
燃烧炉的网格划分和主要结构
为了验证数值模拟方法的可靠性，将部分模拟的计算值与实验值进行对比。图2是煤粉炉中心线温度的计算值和实验值的对比，表4列出了煤粉炉出口NO体积分数及飞灰中碳的质量分数的计算值与实验值。可以看出，温度、NO体积分数及飞灰中碳的质量分数等的计算值与实验值误差均在10%以内。可见，本文采用的模拟方法能够获得较为满意的计算结果。2.2 流场和温度场
图4是煤粉炉内CO和H2浓度场分布，可以看出二者体积分数分布非常相似。煤粉气流喷出煤粉炉，挥发分迅速热解，大量的CO和H2等释放出来，其体积分数快速达到各自峰值的10%和7%左右。由于多孔壁风对气流的限制，热解主要发生在主燃区中心线附近（见图3），高浓度的CO和H2也出现在中心线附近，沿径向其浓度逐渐降低，以致主燃区壁面附近的体积分数为0。可见，多孔壁的确抑制了腐蚀性气体对壁面的侵蚀。另外，主燃区和还原区总体上为强还原性气氛，仅壁面由于多孔壁风的作用形成了局部氧化性气氛。随着气流进入燃尽区，燃尽风带入过量的氧气，剩余焦炭再次燃烧，温度范围为1 050～1 200 K,CO和H2迅速被氧化，体积分数降为0。图5是煤粉炉内O2浓度场分布。燃烧器出口φ（O2）高达16%，由于燃烧反应的作用，O2快速消耗，中心线附近体积分数降低为0。由于多孔壁风的作用，主燃区壁面形成了一层空气膜，从Z=230mm截面可看出，空气膜中φ（O2）为4%～8%。进入还原区，气膜中φ（O2）逐渐降低，但直至Z=450mm，壁面φ（O2）仍然超过2%，说明还原区壁面也可有效防止还原性气氛的腐蚀。O2浓度场分布直观地证明了多孔壁风可在主燃区和还原区壁面形成一层连续的空气膜，有效防止还原性气体的侵蚀。进入燃尽区，由于燃尽风的喷入，O2体积分数快速升高。至燃烧结束，O2的体积分数最终稳定在4%左右。
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤粉燃烧过程中H2S生成详细机理研究[J]. 吕嗣晨,王川保,赵军,马红和. 西安交通大学学报. 2020(04)
[2]准东煤旋风燃烧的数值模拟[J]. 张向宇,杨玉,白文刚,徐宏杰. 西安交通大学学报. 2019(11)
[3]煤粉燃烧过程中H2S生成机理研究进展[J]. 马红和,周璐,马素霞,白玉. 热力发电. 2019(01)
[4]分离式燃尽风降低锅炉NOx排放的试验研究[J]. 王涌,周屈兰,刘国庆,景雪晖,刘入维. 工程热物理学报. 2011(02)
本文编号：3326447
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dongligc/3326447.html
