基于动态自适应反应的煤粉无焰燃烧燃料氮转化机理研究

作     者：刘璐 李鹏飞 成鹏飞 刘耀蔚 胡帆 柳朝晖 郑楚光 LIU Lu;LI Pengfei;CHENG Pengfei;LIU Yaowei;HU Fan;LIU Zhaohui;ZHENG Chuguang

作者机构：华中科技大学煤燃烧国家重点实验室湖北武汉430074 

出 版 物：《洁净煤技术》 (Clean Coal Technology)

年 卷 期：2021年第27卷第4期

页      面：123-131页

学科分类：080702[工学-热能工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52076095) 国家重点研发计划资助项目(2018YFB0605300) 

主　　题：煤粉无焰燃烧 燃料氮 详细反应机理 动态自适应反应 数值模拟 

摘      要：无焰燃烧是近年来广受关注的新型高效清洁燃烧技术之一,具有容积式低反应速率燃烧区和典型中低温燃烧特性,需耦合详细反应机理并考虑湍流与化学反应交互,以提高无焰燃烧及其NO生成数值模拟精度。基于动态自适应反应机理对煤粉无焰燃烧和NO生成特性进行了高保真数值模拟研究。通过采用动态自适应机理简化算法,模拟过程实时对自主发展的含氮骨架机理进行当地简化。评估发现,相较于单纯采用骨架机理模拟,采用动态自适应反应可在不牺牲计算精度的条件下获得约3倍的计算加速,且对炉内NO生成的预测精度显著优于传统NO后处理模拟方法。基于经试验验证的模拟结果,还获得了HCN和NH_(3)等典型含氮前驱体的炉内分布,并进一步分析了煤粉无焰燃烧燃料氮转化路径、炉内活跃组分和活跃反应等氮转化关键信息。结果表明,煤粉无焰燃烧NO生成主要取决于NH_(3)、HCN和N_(2)O中间体,而NCO和HNO是较为关键的中间组分。HCN中间体主要通过HNCO/CN和NCO路径生成NO。NH_(3)中间体由HNCO生成,并进一步转化为NH_(2)和HNO,最终生成NO。N_(2)O路径主要参与NO还原,对NO生成贡献较低。CH_(3)CN也是生成NO的重要中间组分,可通过NCO路径生成NO。