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行业新闻

旋流数对旋流生物质燃烧机NOx生成影响的研究

旋流数对旋流生物质燃烧机NOx生成影响的研究

摘要:用数值模拟方法研究了旋流数改变对旋流生物质燃烧机煤燃烧NO。生成的影响,给出了热NO。和燃料NO。生成的详细信息.预报结果表明,当二次风旋流数从0. 204增加到0.414盹可以降低生物质燃烧机出口区域燃料NO。的生成,同时可以保持煤粉颗粒较高的燃尽率.另外,模拟结果也表明,生物质燃烧机出口区域的NO。生成主要是由燃料NO。的生成机理来控制.因此适当提高旋流生物质燃烧机的旋流数可以提高燃烧效率,降低N0。的生成.

    然烧过程中NO。和S02的排放对环境的影响己引起人们的高度重视,大量研究表明,改变旋流煤粉燃烧器的旋流强度不仅影响火焰稳定和燃烧特征,而且影响燃料NO。的生成,通常认为,采用较大的旋流强度和较大的生物质燃烧机中心回流区不利于劣质煤的稳定燃烧(特别是低负荷的稳燃能力),而且NO。的排放量高,加重环境污梨1].近二十年来,国内外研究机构对低NO。旋流生物质燃烧机进行了广泛的研究,研制出分级配风、高浓度供粉技术和浓淡燃烧等新型旋流燃烧器[2~习,通过分析不难发现,这些新的生物质燃烧机在中必回流区内均形成了局部高煤粉浓度,并且它们的旋流强度也比蜗壳型生物质燃烧机低很多,局部较高的煤粉浓度所形成的缺氧燃烧能够降低NO。的生成,这已被理论与实践所证实,关于旋流强度对NO。生成的影响,B eer认为旋流离心力在流场中近轴线的似固核区会削弱湍流强度和湍流混合,从而减少NO。的生蒯q.实际上,旋流对NO。生成的影响是很复杂的,旋流数的改变会影响生物质燃烧机出口区域的流场(包括回流区的大小和位置、火焰的温度、组分浓度的分布等),旋流是增大还是减小NO。的生成,还需要进行更深入的研究,

    对于旋流生物质燃烧机出口区域的NO。生成的数值模拟,文献[刁用颗粒随机轨道模型进行了数值模拟,生成用有限反应率的PDF模型模拟,但预报结果和实验数据相比较还有一定的差距,本文作者建立了适合模拟旋流生物质燃烧机的修正双流体模型和有限反应速率二阶矩NO。生成模型,编制了PERT书B软件,用来模拟不同旋流数下双调风旋流生物质燃烧机出口区域的NO。生成,探讨改变旋流强度对燃料NO。生成的影响.

1  数学模型

1.1  湍流模型——修正的双流体模型

    对生物质燃烧机出口区域的湍流两相流动采用修正的七-e-kp模型,柱坐标系下三维湍流两相流动的时均方程组可用通用形式予以表示,

1.4  其它模型

    辐射传热采用离散坐栎(DO)模型[lq;煤中水分蒸发采用扩散模型[8];煤的热解采用双平行反应模型81;焦炭燃烧采用扩散一动力模型掣8].

2  求解方法

    本文的模拟对象及网格划分如图1所示,其中1为一次风煤粉气流,2为旋流二次风气流,3为直流二次风气流,气固两相均采用有限差分数值解法,用交错网格和上风差分格式,对差分方程采用p-v修正的SIMP LE算法和TDMA逐行、逐面迭代求解,网格节点取为16×14×11.各物理量在燃烧室进口处均取均匀进口条件;在燃烧室出口处均取为充分发展流条件:a啊8x一0(甲一“,v,w,p,尼,£);轴线上为对称条件:acP/ax一0(甲一“,v,w,p,尼,£),v一0,w一0;壁面处气相取无滑移条件,颗粒相法向速度分量为零,速度的其它分量的梯度及浓度梯度为零;壁面温度定为1270 K;煤粉颗粒直径为60 Ym;煤粉浓度为1 350 kg/m3等,一次风煤粉气流进口温度为300 K,二次风和三次风的进口温度均为600 K,-次风气固比为20%.模拟工况安排和煤的工业分析见表1与表2.

3  模拟结果及分析

    图2~图6给出了煤粉燃烧及NO。生成的预报结果,图中的x代表燃烧室简体长度方向的距离,r代表简体半径方向的距离.

    图2为计算所得到的温度分布,可以看出,在燃烧器出口轴线附近,即中心回流区内,工况2的温度场高于工况1的温度场,因此工况1的煤粉从预热到着火需要的时间要长一些,这说明二次风旋流数从0. 204增大到0. 414,有利于缩短煤粉的预热时间,使煤粉提前着火,提高煤粉的燃尽度,并且有利于劣质煤的燃烧,增强生物质燃烧机的低负荷稳燃能力,

    图3为煤粉燃烧时挥发分(CH4)的浓度分布,与工况1相比工况2的挥发分热解析出较快,这和燃烧器出口附近温度场有关,高的温度分布有利于CH4的快速析出与燃烧,图4是计算得到的氧(02)浓度分布,工况1在燃烧室出口处仍有较高的02浓度,而工况2有较快的02浓度衰减,这说明增大生物质燃烧机的旋流强度,有利于燃料的燃烧与燃尽,提高总体燃烧效率,

    预报的热NO。浓度分布如图5所示,可以看到两种工况的热NO。值均不大,但在生物质燃烧机出口附近工况2的热N0。值比工况1要大60多倍,这是由于该处工况2昀温度水平高于工况1的温度水平,符合随着温度升高,热NO。生成量增加的原理,同进在燃烧室内的每一点,工况2的热NOx值均大于工况1的热NOx值.

    图6所示为燃烧室内总NO。(热NO。和燃料NO。的生成总量)的生成浓度分布,工况1的总NO。生成量呈增加趋势,在燃烧室出口附近达到最大,大约为2003年4月李志强等:旋流数对旋流生物质燃烧机NOx生成影响的研究

4  结  论

    1)对双调风旋流生物质燃烧机出口区域的NO。生成进行数值模拟的结果表明,当双调风旋流生物质燃烧机二次风旋流数从0. 204增大到0.414,即旋流强度增大时,有利于煤粉颗粒的提前着火燃烧与燃烬,并且可以降低燃料NO。的生成.

    2)旋流生物质燃烧机出口区域的NO。生成主要是由然料NO。的生成机理来控制,热NO。的生成量很少,因此,可以认为适当增加双调风旋流生物质燃烧机的旋流强度能够使生物质燃烧机实现高效低污染特性。

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点击次数:  更新时间:2018-04-24 20:26:44  【打印此页】  【关闭