煤粉燃烧NO生成的Solomon热解模型.pdfVIP

中国1=程热物理学会 燃烧学 2002年学术会议 编号：024047 张宇周力行张健 (清华大学力学系，煤的清洁燃烧国家重点实验室，北京100084) ■蔓本文提出一种简化的Solomon热解模型．用于煤粉燃烧HCN释放和NO生成的数值模拟。文中 用纯双流体模型，k-￡．kp两相湍流模型。EBU-Arrhenius燃烧模型，六热流辐射模型．原有的热解模型 和简化的Solomon热解模型。以及NO生成湍流反应二阶矩代数模型，对旋流煤粉燃烧器内两相流动， 煤粉燃烧，HCN释放以及NO生成进行了数值模拟．模拟结果与文献中实验结果的对比表明，简化的 Solomon热解模型的预报结果比原有热解模型的预报结果好． 关t词，热解模型，煤粉燃烧，NO生成 1前言 用CFD数值模拟研制低NO污染煤粉燃烧器日益受到重视。NO生成的数值模拟已 经成为煤粉．空气两相流动和燃烧的综合数值模拟中重要部分。文献【1协f湍流反应NO 生成数值模拟的研究现状进行了评述。众所周知，在煤粉燃烧情况下。燃料氮氧化物是 煤挥发分和焦炭中的氮通过一系列化学反应形成的。在煤的燃烧中。燃料氮氧化物是 NO的主要来源，其在总NO中的比例，根据工况不同，可以从60％一直到90％以上。 对于燃料NO的生成模型，可以分为两个子模型。其一是煤中氮的热解释放模型，包括 挥发分中的氮的释放模型和焦炭反应中氮的释放模型。其二是释放出的氮在空气中的反 应模型。本文讨论的是煤中氮的热解释放模型对最终模拟结果的影响．现有的煤热解释 放氮模型认为．氮在挥发分中的质量百分比始终等于氮在原煤中的质量百分数“J。按照 Solomon等人p1提出的热解模型，煤中氮的释放，是一个复杂的过程。挥发分中氮的含 量和热解过程有关，不一定等于氮在原煤中的百分数。 本文对复杂的Solomon热解模型做了简化，提出一种简化的Solomon热解模型，将 此模型加入到煤粉．空气两相流动和燃烧的纯双流体模型中，用来对旋流煤粉燃烧器中 HCN和NO的生成进行预报，和现有热解模型的预报结果以及实验结果进行对比，考 察不同热解模型对No生成预报结果的影响。 2煤粉燃烧中简化形式的80lomon热解氯j降放模型 煤的热解挥发是一个非常复杂的过程，尽管国内外学者在这方面做了很多工作，但 是，至今还没有一个公认的可以预报挥发分含量和成分的热解模型。煤燃烧数值模拟中 广泛采用的是双平行反应模型口1 F F G。=orlmd,kB，Iexp(一—；兰})+cr2md,kB。2 (1) exp(一’吾暑) ／(1★ 』I』I 其中G，为挥发分释放速率，M，I为daf煤质量，q，B“，E¨为低温占优势反应 的动力学参数，％，B，，，E。为高温占优势反应的动力学参数。针对美国烟煤给出的 参数如表1所示。这个模型可以预报出挥发分的释放量，但是无法给出特定物质在挥发 本文为国家重点基础研究专项经费资助项目子课题G1999-0222-07研究成果 151 分中的含量。 荩丁此模刑建立的热解氯释放模刑为l： IV=口√G，+lGf)Mm^／Mi (2) 其中，cA。为元素分析得到的氮在原煤中的质量百分数rI％．2％)W为氮的释放速率，G． 为抨发分释放述率，◇为焦炭的反应速率。MⅢ．为HCN的分子量，M。为氮的分子 带。这个模犁考虑了挥发分中氮的释放利焦炭中氮的释放。但是同时做了如F假改： 表I双反应模型反应动力学参数 a- BNl(IIs) 口， 玩2(I／s) E^1(kJ／k．t001) E^，(kJ／k．m01) O．358 3．7e5