基于PBM的炭黑生成模型及煤粉燃烧模拟研究

发布时间：2021-11-04 04:38

　　煤炭是当今世界的主要能源之一,全球40%以上的电量来自于燃煤电厂。炭黑是煤在不完全燃烧或高温热解时产生的气态挥发分转化成的产物,是燃煤产生的烟尘中重要的组成成分之一。大部分炭黑颗粒直径在微米级别,其中相当一部分属于PM10的范畴。因此,排放到大气环境中的炭黑对空气质量和人体健康均具有较大的负面影响。而在燃煤锅炉内部,由于炭黑具有较强的辐射吸收和发射能力,导致其对温度场的分布也有较大影响,炭黑颗粒的辐射作用将导致火焰温度的降低。因此,研究炭黑的生成机理无论是对环保还是指导生产都具有重要意义。早期的炭黑生成模型主要有Khan和Greeves的一步反应模型以及Tesner的两步反应模型。在这两种炭黑生成模型基础之上,科研人员根据不同的燃烧情况建立了多种模型。本文首先在参考Moss–Brookes半经验模型的基础之上,通过修正影响炭黑聚团的影响因子,得到新的数学模型。与一步反应模型和两步反应模型相比,修正模型更加注重化学反应速率和碰撞聚团对炭黑生成的影响。在修正碰撞因数时,考虑到湍流作用和布朗运动对聚团起主要作用且相互独立,因此对其进行矢量相加求得聚团函数。在确定炭黑生成模型以后,通过Flue... 

【文章来源】：东北电力大学吉林省

【文章页数】：58 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

煤燃烧过程中炭黑生成路径图

第 1 章 绪 论种不饱和烃，特别是乙炔和多环芳香烃。这两种分子通常被认为是火焰中最体物质。一旦第一个颗粒形成，炭黑颗粒便可以通过表面生长而增加，气态产物附着在颗粒表面。表面生长反应导致炭黑质量增加，但颗粒数量不变。粒子生长、碰撞并结合。在聚团过程中，炭黑颗粒的数目减少，比表面积也炭黑生成的第一个阶段即粒子初始阶段。这一过程是多环芳烃生长过程的延成中具有至关重要的作用。如上所述，在发光火焰中观察到的最小可识别粒 nm 之间。

—中央电力研究所（CRIEPI）建立了专门的实验装置对煤粉的燃烧多普勒测速仪对燃烧进行了分析。数值模拟是理解炉内燃烧现象 Fluent 已经开发了用于煤粉燃烧场的各种模型和模拟技术。在本章正后新建立的炭黑生成模型模拟了中央电力研究所（CRIEPI）的煤粉燃烧场特性。通过将模型预测的数据与实验数据进行比较，测 CRIEPI 燃烧器煤燃烧场的煤粉燃烧过程与炭黑生成情况。置与网格置体流动模式，温度分布，化学物质浓度分布以及煤粉颗粒在炉中前已经有许多研究人员对中央电力研究所（CRIEPI）[47-48]的喷煤了研究。这其中既有数值模拟方法，也有光学仪器检测方法。如影多普勒粒子速度分析仪对粒子进行分析，利用平面激光诱导荧基、利用米氏散射成像研究煤颗粒分布、利用激光诱导白炽度（L等等。CRIEPI 所使用的实验装置如下图所示，下面对装置的结构进

【参考文献】：
期刊论文
[1]煤粉射流火焰中碳烟浓度分布的LII测量[J]. 许开龙,李卓然,张海,吴玉新,罗开红,吕俊复.  燃烧科学与技术. 2018(03)
[2]煤粉火焰中碳烟生成及其辐射换热:模型开发与FLUENT实现[J]. 许开龙,吴玉新,申浩树,张海.  中国电机工程学报. 2017(20)
[3]基于微分代数积分矩量法的聚并器超细颗粒聚团研究[J]. 郑建祥,许帅,王京阳,史梦燚,汪龙.  化工学报. 2017(01)
[4]煤粉燃烧炉内细颗粒物沿程演化特性模拟[J]. 黄骞,李水清,李庚达,姚强.  工程热物理学报. 2014(05)
[5]PM2.5细颗粒物凝并的计算流体力学模拟[J]. 徐俊波,张丽,岳仁亮,赵月红,温浩.  计算机与应用化学. 2013(08)
[6]燃煤飞灰超细颗粒物声波团聚清除的实验研究[J]. 陈厚涛,赵兵,徐进,沈湘林.  中国电机工程学报. 2007(35)
[7]煤燃烧系统中碳黑的研究进展[J]. 王清成,罗永浩,陆方,胡瓅元.  锅炉技术. 2007(02)

博士论文
[1]中国及全球能源消费大气污染物排放的历史演变与未来预测[D]. 陆燕.南京大学 2018



本文编号：3475020