独体煤料炉内部气体解化参数模拟

发布日期：2013-07-12　来源: 中国压缩机网　查看次数: 64

核心提示：　　实验与计算条件实验与计算在单角煤粉炉中进行，炉子及其坐标选取如。煤质如。下标ad表示空气干燥基。为研究强化燃烧的影响，增加了波纹钝体的给粉量，实验条件如。单角煤粉炉及其测量截面选取实测的NOx生成浓度、飞灰含碳量Cfh。　　实测数据项目钝体NOx生成体积分数/10-6钝体飞灰含碳量Cfh/直口NOx生成体积分数/10-6直口飞灰含碳量Cfh/实测值79413.6762319.37计算煤种、配风条件、单角炉尺寸、截面选取均与实验相同，计算时煤粉平均粒径为50Lm.　　2NOx生成的数学模型2.

　　实验与计算条件实验与计算在单角煤粉炉中进行，炉子及其坐标选取如。煤质如。下标ad表示空气干燥基。为研究强化燃烧的影响，增加了波纹钝体的给粉量，实验条件如。单角煤粉炉及其测量截面选取实测的NOx生成浓度、飞灰含碳量Cfh。

　　实测数据项目钝体NOx生成体积分数/10-6钝体飞灰含碳量Cfh/%直口NOx生成体积分数/10-6直口飞灰含碳量Cfh/%实测值79413.6762319.37计算煤种、配风条件、单角炉尺寸、截面选取均与实验相同，计算时煤粉平均粒径为50Lm.

　　2NOx生成的数学模型2.1燃料型NOx挥发分中的氮化合物有NH，NH2，NH3，CH和HCN，主要是HCH和NH3。HCN和NH3的含量比例不仅取决于煤的挥发分，而且与N和碳氢化合物的结合状态等化学性质有关。对于烟煤，HCN比NH3多，由于计算煤种为烟煤，因此根据经验可设：煤中N析出后HCN占80%，NH3占20%.燃烧过程中HCN和NH3被氧化成NO，同时生成的NO被HCN和NH3还原成N2。NO生成和被还原的化学反应速率（单位：mol/（cm3s））分别为<3，8，9>：ddt=1011xHCNxbO2exp（-280kJ/RT）（1）ddt=4×106xNH3xbO2exp（-134kJ/RT）（2）ddt=3×1012xHCNxbNOexp（-250kJ/RT）（3）ddt=1.8×108xHH3xbNOexp（-113kJ/RT）（4）式中：xHCN，xNH3，xO2，xNO分别为HCN，NH3，O2，NO的浓度，mol/cm3；b为反应级数；R为通用气体常数，取R=8.3143J/（molK）；T为绝对温度，K；t为时间，s.

　　热力型NOx热力型NOx的生成按Zeldovich动力学模型计算<8>ddt=3×10141/2exp（-542kJ/RT）mol/（cm3s）（5）焦炭能够还原和分解NO，使NO的浓度降低。焦炭还原反应的速率表达式为<3，8>ddt=-4.8×10AEpNOexp（-142.5kJ/RT）mol/s（6）式中：pNO为NO的分压，0.1MPa；AE为煤粉颗粒比表面积，m2/g.由于煤粒内表面积为300～1000m2/g，取AE=600m2/g.

　　计算说明初始浓度因为煤中氮只有70%～90%释放出来，其余部分残留在焦炭中，因此可以假设，煤中N有80%析出。而且，挥发分中的氮化物主要是HCN和NH3。对实验的初始阶段，以1kg煤为基础，因为Nad=0.88%，HCN，NH3的浓度xHCN=6.185×10-8mol/cm3xNH3=1.554×10-8mol/cm3对于O2的浓度，文献<5，10>已经证明，生成燃料NOx的氧元素不仅来自空气，也可以来自煤本身。但由于本文的基础计算数据中没有具体的氧的测量浓度，故在计算中所取的氧气浓度仅为近似经验值。不过，这对*后结果的实质影响并不大，这将在下面的计算结果及结果讨论中体现出来。根据文献<11>，取xO2=9.38×10-6mol/cm3取空气中的氮气浓度xN2=3.53×10-6mol/cm33.2停留时间计算不考虑气固滑移，均按气相速度计算。各截面的停留时间t=∫l0dxUg（7）式中：lDD截面的轴向距离，m；UgDD气相速度，参考实验和文献<11，12>得到。

　　截面温度实验结果实验所得的单角炉中心轴线上温度如，各截面上沿垂直方向的温度变化也由实验测得，文中省略。其它假设为了便于计算，作如下假设：1）由于O2浓度远大于HCN、NH3浓度（高两个数量级），因此在计算燃料NO生成速度时将同一截面上的O2浓度看作恒定值。计算热力NO生成速度时亦作此假定，并且，由于空气中的N2浓度远大于还原NO生成的N2浓度，因此，xN2全取为初始浓度。2）xNO取为所计算截面上的一个截面上的xNO余及该截面上的x燃料NO总与x热力NO三者之和。不过，由于x热力NO值太小，故xNO可取为xNO余与x燃料NO总之和。3）xHCN余为xHCN减去式（1）反应耗去的HCN后的值，xNH3余则是xNH3减去式（2）反应耗去的NH3后的值。式（3）、（4）中的xHCN，xNH3即用此两值，而且将此两浓度值作为下一个截面的初始值。由计算可知，式（3）、（4）对HCN，NH3，NO的浓度影响极小，可忽略不计。

　　计算结果与分析计算结果计算结果表示在对数坐标。分析与讨论1）将中各个截面生成的NOx的浓度相加，就可以得到炉子出口处总的NOx的生成浓度。计算所得的波纹钝体燃烧器总NOx的生成浓度约为725×10-6，与实验结果相差约9%；而直流喷口燃烧器总NOx约为456×10-6，与实验结果约有27%的差别。2）已有实验证明<8>，在典型的煤粉燃烧条件下（温度T=1670～1770K），挥发分NO约为燃料NO的60%～80%.本文实验温度较低，故如、所示，焦炭的多相反应所生成的NOx较少，因此，只考虑挥发分的单相反应所生成的NOx。