旋流式分解炉燃烧与分解耦合及NO生成的数值模拟

作     者：李全亮 何峰 梅书霞 谢峻林 张超 邓玉华 

作者机构：武汉理工大学材料科学与工程学院 中材建设有限公司 

出 版 物：《化学工业与工程》 (Chemical Industry and Engineering)

年 卷 期：2024年

学科分类：080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

基　　金：全氧燃烧技术研发(CBMI-KJCX-2021-04) 

主　　题：分解炉 煤燃烧 碳酸钙分解 NO 数值模拟 计算流体力学 

摘      要：针对一新型的旋流式分解炉建立模型，对煤粉燃烧与生料分解耦合及NOx生成过程进行了数值模拟。其中对连续相采用Euler坐标系下的Realizable k-ε双方程湍流模型，对于颗粒相采用离散相(Discrete phase model)模型以及随机轨道模型，对煤粉燃烧和碳酸钙分解过程采用组分输运模型(Species transport model)并结合有限速率/涡耗散模型(Finite-Rate/Eddy-Dissipation)模拟，采用P-1辐射模型计算颗粒与气体间的辐射换热，对NOx的生成使用污染物模型，考虑热力型NOx，燃料型NOx的生成。研究结果表明：在分解炉内，三次风主要沿壁面螺旋向上运动，而烟气主要沿中轴线螺旋向上运动；当煤粉进入分解炉后挥发分快速释放并燃烧，而后残余焦炭持续燃烧，其主要的燃烧区域在蜗壳附近，燃烬时间约为5.9 s；生料入炉后便快速分解，当运动至分解炉50 m高度处，碳酸钙分解率达到了90%，此时下端生料与上端生料的分解时间约为6.5 s与4.7 s，出口碳酸钙分解率为92.32%。由于在蜗壳处煤粉燃烧与生料分解的耦合关系较差，在壁面处形成了局部高温，使NOx生成速率较大，出口处NOx达到了1251 ppm，需对此进行改进。