旋流式分解炉燃烧与分解耦合及NO生成的数值模拟
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。