阿伦尼乌斯方法模拟煤粉燃烧氮氧化物生成

第22卷第6期中国电机工程学报Vol.22No.6Jun.20022002年6月ProceedingsoftheCSEE©2002Chin.Soc.forElec.Eng.文章编号:0258-8013(2002)06-0156-05PDF-ARRHENIUS方法模拟煤粉燃烧氮氧化物生成向军,熊友辉,郑楚光,孙学信(华中科技大学煤燃烧国家重点实验室,湖北武汉430074)USINGPDF-ARRHENIUSTOSIMULATE3-DIMENSIONALLYNOXFORMATIONDURINGCOALCOMBUSTIONXIANGJun,XIONGYou-hui,ZHENGChu-guang,SUNXue-xin(NationalLaboratoryofCoalCombustion,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074,China)ABSTRACT:Athree-dimensionalmathematicalmodelforpulverizedcoalcombustionhasbeendevelopedwhichdescri・besgasfluid.volatilepyrolysis,charburnout5heattransfer,solidparticlemovementandNOXproductioninfullscalefur-nace.Especially用PDF-ArrheniusmodelwasintroducedtosimulatetheNOXemissions.Themodelcanpredictthelevelsofvelocity,temperature,oxygen,carboninashandNOXcontent.Numericalsimulationismoreusefulasatooltoinvestigatetheinfluenceofcoaltypeonftiniaceperfonnancerelatedtodifferencesinfurnacedesign.Thismeanscanhelpboilerautodesigning,optimumoperationandfaultdiagnosisofboiler.KEYWORDS:nitrogenoxide;numericalsimulation;PDF-Arrhcniusmodel摘要:电厂锅炉炉内燃烧过程数值模拟方法已成为锅炉辅助设计、优化运行、故障诊断等环节的重要手段。该文研究采用PDF-Arrhenius方法模拟煤粉燃烧过程,并简要介绍流体流动、煤粉热解?口燃烧、辐射传热、固体颗粒相运动等数学模型。文中使用双平行反应模型模拟煤的燃烧过程,并开发了一套电厂锅炉炉内燃烧过程数值模拟软件,对锅炉不同运行工况进行炉内燃烧状况的模拟,模拟结果合理可靠,能够满足工程设计及运行指导的精度要求。关键词:NOx;数值模拟;PDF-Arrhenius模型中图分类号TK224文献标识码:A1引言普通燃料燃烧过程中所产生的氮氧化物主要为NO主要来自两个方面:一是燃烧所用的空气中氮的氧化;二是燃料中含氮化合物在火焰中热分解后再氧化。在许多燃烧装置中,前者是氮氧化物的主要来源,但在烧油或煤的燃烧装置中,由于燃料中含有一定的氮化合物,燃料氮是NOx的主要来源。燃烧生成NOx按来源不同可分为"热力NOx","瞬发NOx"及"燃料NOx"3种,他们都有各自的生成规律山2]。许多文献对炉内燃烧数值模拟都作过深入硏究,但由于燃烧过程中心境生成过f呈属于慢反应,不能采用常用的快反应模型,而且,在湍流燃烧过程中NOx生成的同时还受到湍流脉动的影响,如何准确模拟存在一定难度。本文借助实验基础上的NOx生成Arrhenius模型,并采用b-PDF方法考察湍流脉动对NOx生成影响,建立PDF・Arrhenius模型,并对一台1025t/h锅炉炉膛对NOx生成影响显著夕卜/流场中的氧浓度及流场中的温度分布是两个最重要的影响因素,这一点也可以从上述的NOx生成的反应速率方程式看出。为了简化计算,本文选用考虑流场中温度脉动和氧浓度脉动对NOx生成速率影响的双标量PDF-Arrhenius模型。概率密度函数取如下形式:2.2"燃料NOx"生成数学模型总体数值模拟。其反应机理如表1所示。本文采用De-Soete对燃料NOX生成所作的机表1“燃料NOx"生成反应机理Tab.lReactionmechanismoffuel-NOxformationfvRvin.T®s=ncN(s八)(i)热解反应Coal—N-♦HCNcoal-\f—HCNMNpcoal(2)氧化反应HCN+QTNOSHCN_NO=1・0XIOHrgy[(cN(^oj)z>e-W70aT(3)NO+HCNTN2SKO-N:=3X10l2厂gy】lCN}\oC・3370a7(4)焦碳还原反应NO+Char^N2SNO*char=41800e-I747OrJeharPNOexp(-91000/7);仏二4.1x10由实燃烧特性进行数值模拟,考察该模型的模拟效果。2氮氧化物生成数学模型F⑴二GG((bb}1)G^bbi^fb.-1(1-/)^-1(/=7,fe)2丄"热力NOx"生成数学模型生成机理可由Zeldovich121于1947年提出的连锁反应来描述:Jb-]e'xdx5Thcraml=_________(1[NO]二£/[N2】[O2]1/2-&MNO]-2[O2]~1/2(IM中^y=9xl0l4cxp(-135000/7);式中G{b)=xb\=m13鹦期碾等:PDF生成的腾岳養模扌专煤粉鳩氮氧化物生成*模型其中厂为温度。157理模型阴,对煤粉燃烧扣&)x的生成过程进行T-T.-2/77)-lq=min(0<7...

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