《甲烷再燃烧对突扩燃烧器中煤粉燃烧和》由会员分享，可在线阅读，更多相关《甲烷再燃烧对突扩燃烧器中煤粉燃烧和（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、中国工程热物理学会 2 0 0 4年学术会议 雌烧学 编号:0 4 4 0 5 8 甲 烷再燃烧对突扩燃烧器中 煤粉燃烧和 N O生成影响的数值研究* 张宇魏小林周力行盛 宏至 ，( 中国科学院力学 研究所， 北京 1 0 0 8 0 ) T e l : ( 8 6 - 1 0 ) - 6 2 5 4 5 5 3 3 - 3 0 5 2 ; E - m a i l : Y u z h a n g (c i ) i m e c h . a c . c n 2 ( 清华大学力学系，北京 1 0 0 0 8 4 ) 摘要 再 然 烧 是 降 低 煤 粉 谁 烧 器 中N O 生 成的 有 效 手 段
2、 . 本 文 用 纯 a 流 体 棋 型， 包 括k - E 一两 相湍 流 模型，E B U- A l r h e n iu s热烧模型，六热流辐射模型，N O生成湍流反应的 AU S M 棋型，氮释放的简化 S o l o m o n模型等对姗烧器进口不同布风位里加入等量甲烷的再姗烧工况进行了敌值摸拟，讨论了再姗 烧 对 于N O生 成 和 丽赢 影 响 . 本 文 部 分 棋 拟 结 果 M 灰 R 数 据 进 行 了 对 比 分 析 . 验 证 了 模 拟 结 果 的 合 理性.同时使用化学平衡软件对所讨论的工况进行了分析. 关 键 词 煤 粉 举 i L ,2再 M 烧 _ . 、
3、“、 v 1 .引 言 如何降 低煤粉燃烧中N O的生成与排放， 是人们关注的焦点。 一种有效降 低N O生 成的方法是形成贫氧燃烧。常用的形成贫氧然烧的方法是采用再燃烧、 分级燃烧和烟气 再循环等方法。也可以通过改变燃烧器进口的结构，形成局部的贫氧燃烧，比如加入煤 粉浓缩器。改 变旋流数等等 1 ,2 1 。 文献3 , 4 1 在设置旋 流燃烧器的 燃烧炉的侧壁上加入 天然气形成再燃烧。测量结果表明，可使 N O排放降低 7 0 %以上.但是在实际的煤粉炉 内，由 于布风的复杂性， 如果能 在己 有的 进风通道内混入甲 烷， 应该是一 种更为方便的 做 法 文 献 阁 对 旋 流 煤 粉
4、燃 烧 器 进 行 了 一 次 风 混 入 甲 烷 的 塑丝巡. 证 明 该 方 法 对 于 降 低NO的生成是有效的.但是缺乏更为详细的机理分析以及多工况对比分析.本文首先 针对没有再燃烧的基本工况进行了 数值模拟， 并 与文献 6 1 的 实验数据进行了比 较， 验证 了计算结果:然后对不同的再燃烧工况进行了基于双流体模型 7 1 .氮释放简化 S o lo m o n 模型 8 l 和N O生成A U S M模型 9 1 的数 值模拟，通过对比分 析， 详细讨论了进 口 不同 位置混入甲烷对N O生成以 及最终排放的影响: 最后， 将再嫉烧的C F D模拟结 果与化学平衡分析结果进行了对
5、比分析。 2 .旋流煤粉燃烧和 N O 生成的数值模拟 . 国家自 然科学 基金资助项目 ( N o . 5 0 3 7 6 0 6 8 ) 2 4 7 表2 煤的化学分析 工 业分 析 ( 收到 基) 元素分析 ( 收到基) 水分挥发分灰固定碳c H Ns0 1 .5 73 0 .4 66 . 6 76 2 .8 77 8 .94 . 8 61 .2 50 .5 77 .6 1 携 带煤粉的 空 气从 熊烧 器中心 进入， 直 流二次 风和直 流三次 风分别 从两 个环 型通 道 进入 反 应器。 反应器 长2 . 5 m , 测 量点 距进口 的 距离分别为0 . 1 5 m , 0 .
6、2 m , 0 . 3 m , 0 . 4 m , 0 . 5 m , 0 . 6 m : 0 . 9 m , 1 . 5 m , 2 . 5 m , 采 用自 行 编制的 双流 体模 型程 序， 计算 长度为2 m ， 非 均匀交 错网 格 ( 5 0 . 3 0 , 7 ) ， 在P 4 的微机上计算一个工况需要5 天. 3 .数值模拟结果和讨论 图2 一 图4 给出了 没有再 燃烧的 情况下， C O z , 0 2 , N O 浓度的 模拟结果和实验结果。 从图中 可以 看出 ， 模拟规律和实验规律完全符合， 在数值上还有一定的偏差。 其中， N O 浓度的预测值和实验值符合的 很好，
7、 这可能是由 于使用了 更为合理的A U S M模型来 预测 N O生成的原因. 图5 一 图9 给出了没 有再嫩 烧的基本工况， 以及各种再燃烧工况的 嫩烧温度。 其中 工 况A 是指在一， 二， 三次风通道都混入1 % 甲 烷气体的 情况. 工况B 是指仅在一次 风通道 混入等量甲烷的情况，工况c是指仅在二次风通道混入等量甲烷的情况，工况D是指仅 在三次风通道混入等量甲 烷的 情况。 从温度等值线图中可以 看出 ， 与没有再嫩烧的 基本 工 况相比， 各种再燃 烧工况的 燃烧高温区都向 进口 方向 移动， 各种工况的排 烟温度相差 无几。 图1 0 - 1 4 给出了 各种工况的甲 烷浓度
8、分布等 值线图， 从中 可以看出， 甲烷再 燃烧的 各种工况。进口 处 都有比 较高的甲烷浓度，但是 在距离嫩烧器 进口0 . 8 m左右的 地方， 各种工况的甲烷浓 度趋于一致， 证明甲 烷在主始烧区反应完全. 达到了 消耗氧气， 形成 贫氧燃烧的目的。 只有工况c的甲烷浓度在过了主嫩烧区以后还比较高， 没有充分反应。 图1 5 给出了 各种工况截面阳浓度的对比图， 可以 看出， 和无再堪烧的基本 工况相 比， 各种再燃烧工况N O 的高 浓度区都有所提前， 这 和高 温区提前 有关， 但是除了工况c , N O 浓度的最高值都 低于 无再艇烧的基本工况。 在下游， 所有再嫌烧工况的N O
9、值 趋于一 致， 均低于无再嫩烧基本工况的N O 浓 度. 这说明 进口甲 烷再嫩烧确实起到了 降低N O 的 作用.各种再嫌烧工 况的N O 排放值有所不同，工况b 的 最低， 工况c 的最商， 这说明 再燃烧气体的加入位置对于 最终 的排放有一定的影响。 本文计算的工况. 嫉烧在 距离进 口l m 左右的 地方基本结束，到达出口 时反 应己 经接近平衡， 所以 各种再遂烧工况的N O 2 4 8 本文采用纯双流体模型，包括k - s - k p 两相湍流模型， E B U - A r r h e n i u s 嫩烧模型， 六 热流辐射模型. N O生成湍流反应的AU S M模型， 氮释放
10、的简化S o lo m o n 模型等对于不 同 再燃烧工况进行了数值模拟.数学 模型的内 容和文献【 1 的 相同 . 模拟的对象是本文第二作者在德国斯图加特大学I V D 研究所做的关于烧粉姗烧黔的实 验 6 ， 其几何 形状 如图1 所示。 表1 给出了 嫩烧器 的物 理参 数， 表2 给出了 煤的 化学分 析 结果。 遂 烧 公 N 孺 m ) 探 针 反应 签 出 口 ( 2 .5 m) 检 侧 图. 1燃烧器几何形状 表 1 然烧器物理参数 单位 数值 煤 粉 流 A一k g /h 1 .0 过 I 空 气 系 数一 1 . 1 5 壁面温度1 1 0 0 携带煤粉空气的流tn m
11、 爪1 . 5 拚带煤粉空气的温度 加 0 一次风+二次风流量 n m /h 8 . 0 一次风和二次风比例 卜2 一次风温度2 5 0 二次风温度 煤粉平均粒径 肚 m % 1 6 ,5 2 , 1 6 0 ,3 5 0 3 0 , 3 5 , 2 5 , 1 0 2 4 9 排放差异比较小。 图 1 6给出了本文计 算的 无再姗烧工况，以 及再燃烧工况的化学平 衡计算结果，在 这种计算中， 各种再 燃烧工况是无差别的。 计算结果显 示， 加入甲 烷的 再嫉烧工况能明 显降 低N O 的生成，这和本 文C F D 模拟结果一致。 数值上， N O 的平衡浓 度高 于C F D 模 拟 结果，
12、 这 一方面是由于C F D 本身的误差， 一方面是由 于反应毕竟没有达到 化学平衡的理 想状态。 :吻妙毓，肿姻.如姚 . 阅 . 厂 一一 件了 毕 图2 C O : 截面浓度实验计算对比图图3 02 截面浓度实验计算对比图 唇 x ( m ) N O截面浓度实验计算对比图 生一。 2 5 0 .晌明1一on由1一0目曰 10，的1一Ot曰1一 .幻愉leeo喻价分!0的喻 1的曰价1一的的曰一1 众 ，4 1 ) s 图6 温度分布等值线图 ( 工况A) 旧峪呱帅严酬州帅恤训。 0刊曰一.口入明工we口刊价1 。1.1胜!|一巴 0.价1。.0硕工eeo.曰1 嵘葡雕君 ，“响 图5 温
13、度分布等值线图 。姻姗帅严严州帅晚叫。 ( 无再拯烧的基本工况) .卜目lwe.L目1一0卜目 0.价1!0.的 l 0，的一一0，的1一0嘴 0呀5一.0，目一 侧曝捆蜷 “4 温度分布等值线图 ( 工况 B ) 。嗦以姗洲嘿姗叨训。 目 叫 图 7图8 温度分布等值线图 ( 工况 C) 引她.姗姗孙.叭她姻州。 ot曰1一已，由尸一0，喻 0，目一10呀愉1 ;的!; 夔 七 书 川:姗帅.黔州恤姐洲 图9 温度分布等值线图 ( 工况D)C H4 等值线分布图 ( 无再堪烧的基本工况) 分口自0一1000一 00一N00O一N:0 墓 . 引僧.叻.孙叭.姻001. 曰刊户嘴卜00.口 1
14、峭L口一0一曰L目卜01. 八叫引引州目川川阳洲训引 -1 召 局 引.泌帅姗郭州呱咖姗. 图 1 1 甲叫 坷- C H 4等值线分布图 ( 工况 A ) 一叫 间一 图 1 2 C H 4等值线分布图 ( 工况B) 曰内1.010叼011翻刊户. 1川八.r湘已! 00.”.叼5门U引引引 履滩滩喇 旧:诵临一嘿.岔 刊;甘0碑已1目2.t百咬01胃公，1 吕十，;011.1呀0 图1 3 C H4 等值线分布图 ( 工况C) 图1 4 C H4 等值线分布图 ( 工况D) 附恤11.位曰目初.翻栩目 图1 5 不同再嫩烧工况NO截面浓度对比图图1 6没有再嫩烧工况和再她烧工况的化学平衡浓
15、度 对 比 图 4 .结论 ( 1 ) .进口 混入甲 烷形 成主燃区的富游料燃烧能有效的降低N O 的生成与 排放。 ( 2 ) . 进口 混入甲烷， A烧高温区提 前， N O 离浓度区提前， 但是N O 生成的最高浓度以及 N O 排放浓度降 低。 ( 3 ) . 混入甲 烷的位置对于N O 的生成排放有一定的影响需 要做 进一步的优化研究。 2 5 2 参考文献 L . X. Z h o u , 丫Z h a n g , a n d J . Z h a n g , S i m u l a t i o n o f s wir l in g c o a l c o mb u s ti o
16、n u s in g a f u l l two - fl u id m o d e l a n d a n A US M t u r b u le n ce- c h e m i s tr y mo d e l, F u e l , 8 2 :p p 1 0 0 1 - 1 0 0 7 , 2 0 0 3 . 张宇，周力行，张健， 煤粉浓缩器对旋流煤粉嫩烧N O排放影响的研究， 将发表于自 然科学 进展，2 0 0 3 D . R .T re e , A . W.C l a rk , Ad v a n ced r e b u r i n g me a s u r e me n t s o f t e mp e r a t u re a n d s p e c i e s m a p u l v e r i z e d c o a l fl a me , F u e l, 7 9 :p p 1 6 8 7 - 1 6 9 5 , 2 0 0 0 W.A.Na z e e r ,
