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煤粉燃烧时富氧部分气化对NO_x生成的影响研究

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煤炭科学技术 2021年第3期49卷 215-221页

作者：程晓磊煤科院节能技术有限公司北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013 国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室北京100013

燃煤锅炉运行中氮氧化物(NO_(x))初始排放浓度高,影响其系统运行的经济性。为减少煤粉燃烧NO_x的生成量,从源头控制NO_(x),提出了煤粉富氧部分气化耦合燃烧的低氮燃烧技术思路。煤粉在燃烧器内低过量空气系数和富氧气氛条件下生成强还... 详细信息

燃煤锅炉运行中氮氧化物(NO_(x))初始排放浓度高,影响其系统运行的经济性。为减少煤粉燃烧NO_x的生成量,从源头控制NO_(x),提出了煤粉富氧部分气化耦合燃烧的低氮燃烧技术思路。煤粉在燃烧器内低过量空气系数和富氧气氛条件下生成强还原性气体,并通过炉膛分级配风实现控制煤粉燃烧初始NO_(x)排放的目的。数值模拟,气相反应模型采用有限速率/涡耗散(FR/ED)模型,考虑了煤粉在气化反应中涉及的反应动力学机理,更适合于煤粉富氧部分气化反应模拟。结果表明:采用氧体积分数为25.9%的富氧气氛时,燃烧器内反应进行程度明显提升,燃烧器内温度由897℃升至1 007℃,燃烧器出口温度由1 255℃升至1 356℃,CO体积分数由5.48%升至7.17%,碳转化率由61.54%升至86.27%。7 MW双锥燃烧器的富氧试验结果验证了数值模拟的结论,燃烧器内采用合适的氧浓度和过量空气系数,可形成强还原性气氛;燃烧器内过量空气系数越低,燃烧器出口CO和CH_4等还原性气体的浓度越高,燃烧器内空气中氧体积分数由21.0%升至28.3%时,燃烧器出口中心处CO体积分数由9.540%提高至20.258%,燃烧器出口NO_(x)生成量为0。工业现场试验结果表明,富氧部分气化和空气分级均能起到降低锅炉NO_(x)初始排放的作用,两者结合低氮效果更好,在富氧比例为28.3%、分级配风比例为41.2%时,锅炉NO_(x)初始排放质量浓度可由546 mg/m^(3)降至159 mg/m~3。

关键词：煤粉燃烧低氮燃烧富氧分级燃烧 NO_x排放控制

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煤粉燃烧过程的数值模拟

北京航空航天大学学报 2009年第5期35卷 536-539页

作者：张宏博秦国彤纪任山王乃继北京航空航天大学化学与环境学院北京100191 煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院北京100013

采用计算流体动力学软件对煤粉实际燃烧过程进行数值计算并结合其热态试验数据进行对比分析,已成为验证数学模型和指导工程实践的一种重要研究手段.应用商业软件FLUENT对煤粉燃烧及流场进行了数值模拟分析,采用混合分数/概率密度函数法... 详细信息

采用计算流体动力学软件对煤粉实际燃烧过程进行数值计算并结合其热态试验数据进行对比分析,已成为验证数学模型和指导工程实践的一种重要研究手段.应用商业软件FLUENT对煤粉燃烧及流场进行了数值模拟分析,采用混合分数/概率密度函数法模拟湍流燃烧,用P-1辐射模型开展辐射传热模拟,利用拉格朗日/欧拉法处理气固两相间的动量、质量和能量交换,对挥发份的析出采用双速率竞争模型,采用动力/扩散反应速率模型模拟煤粉颗粒的表面燃烧.并对模拟结果进行分析与对比,计算结果与实际燃烧过程有较好的一致性.数值模拟计算结果揭示了挥发分释放与焦炭燃烧的过程,为改善和优化煤粉的燃烧提供了重要的参考依据.

关键词：数值模拟煤粉燃烧两相流

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煤粉燃烧火焰的三色法温度测量

上海交通大学学报 2000年第9期34卷 1257-1260页

作者：余岳峰赵铁成徐伟勇上海交通大学动力与能源工程学院上海200030

对彩色 CCD摄像机所拍摄的火焰图像 ,采用三色波长光谱测量法和温度分段线性化的方法来计算煤粉火焰温度 .将火焰温度由高向低分成几个温度段 ,通过温度的标定试验作分段的温度线性化处理 ,再求解由 3个色彩分量和温度标定组成的线性方... 详细信息

对彩色 CCD摄像机所拍摄的火焰图像 ,采用三色波长光谱测量法和温度分段线性化的方法来计算煤粉火焰温度 .将火焰温度由高向低分成几个温度段 ,通过温度的标定试验作分段的温度线性化处理 ,再求解由 3个色彩分量和温度标定组成的线性方程组 ,得到较为准确的火焰温度分布 .这种方法准确可靠 ,避免了过去方法中试图用一个标定试验的公式来求解跨度较大的整个温度场分布及由此引起的误差 .最后对一实例进行了计算。

关键词：三色法测量分段线性化温度标定煤粉燃烧

煤粉燃烧中NOx的预测：参数数据库及CFD实践

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煤炭学报 2016年第12期41卷 3142-3150页

作者：李振山陈登高张志蔡宁生冉燊铭王锦生张定海韦耿林山虎周武孔红兵清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084 东方电气集团东方锅炉股份有限公司清洁燃烧与烟气净化四川省重点实验室四川自贡643099

在前期工作中开发了新的煤粉燃烧NO_x预测模型,使用CO,H2浓度表征碳氢化合物含量来刻画NO_x的均相还原,编写程序以UDF的形式将NO_x模型、包含气化反应的焦炭燃烧模型嵌入Fluent中,实现新的NO_x模型与先进湍流、辐射换热模型的耦合计算... 详细信息

在前期工作中开发了新的煤粉燃烧NO_x预测模型,使用CO,H2浓度表征碳氢化合物含量来刻画NO_x的均相还原,编写程序以UDF的形式将NO_x模型、包含气化反应的焦炭燃烧模型嵌入Fluent中,实现新的NO_x模型与先进湍流、辐射换热模型的耦合计算。在此基础上,进一步改造完善沉降炉、一维炉实验平台,开展不同煤种、不同工况下的燃烧实验,获得高质量的实验数据。使用新的NO_x预测模型对各工况进行模拟、对比,建立适用于不同煤种的模型参数数据库。最后将新的NO_x模型及参数数据库应用于四角切圆锅炉、对冲火焰锅炉以及W火焰锅炉的CFD计算中。结果表明新的NO_x模型可以合理预测不同煤种、不同炉型、不同运行条件下NO_x的生成与还原,这就为锅炉、燃烧器的低NO_x设计、改造与优化奠定了基础。

关键词：煤粉燃烧 NOx模型参数数据库 CFD实践

煤粉燃烧中NO_x和SO_x生成的详细反应机理模拟

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力学学报 2008年第6期40卷 760-768页

作者：魏小林韩小海 Uwe Schnell Günter Scheffknecht Benedetto Risio 中国科学院力学研究所北京100190 RECOM燃烧模拟技术公司斯图加特大学过程工程与电站技术研究所(IVD)

采用详细化学反应机理与CFD方法耦合的煤粉燃烧数值模拟程序,计算了煤粉燃烧过程中CO,NO_x和SO_x等的浓度分布特性.通过与实验对照,验证了数值模拟方法的可靠性,并分析了燃烧温度和煤粉细度等因素对于NO生成的影响.结果表明温度对于NO... 详细信息

采用详细化学反应机理与CFD方法耦合的煤粉燃烧数值模拟程序,计算了煤粉燃烧过程中CO,NO_x和SO_x等的浓度分布特性.通过与实验对照,验证了数值模拟方法的可靠性,并分析了燃烧温度和煤粉细度等因素对于NO生成的影响.结果表明温度对于NO的生成影响较大,随着温度的增加,NO的生成浓度明显增加;对于不同煤种,可能存在一个温度点,这时NO的生成速率将非常快;在计算范围内,温度对SO_2的最终生成浓度没有明显影响,而只影响SO_2的释放过程.煤粉细度对于NO生成有较小的影响.

关键词：煤粉燃烧详细化学反应机理 NO_x和SO_x生成数值模拟

煤粉燃烧H2S预测模型在对冲燃烧锅炉的CFD应用

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中国电机工程学报 2018年第13期38卷 3865-3872页

作者：张志陈登高李振山蔡宁生张定海韦耿清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室北京市海淀区100084 清洁燃烧与烟气净化四川省重点实验室(东方电气集团东方锅炉股份有限公司) 四川省自贡市643099

新的煤粉燃烧H2S预测模型包括基于实验的硫释放子模型与参数优化后的气相硫组分总包反应机理。通过编写用户自定义函数将新模型在Fluent平台上予以实现,并通过一维炉中的煤粉燃烧实验进行了对比验证。在此基础上,新的H2S预测模型被成功... 详细信息

新的煤粉燃烧H2S预测模型包括基于实验的硫释放子模型与参数优化后的气相硫组分总包反应机理。通过编写用户自定义函数将新模型在Fluent平台上予以实现,并通过一维炉中的煤粉燃烧实验进行了对比验证。在此基础上,新的H2S预测模型被成功应用于1000 MW超超临界对冲火焰锅炉的CFD数值计算中。计算结果表明,新的模型可以非常合理的计算出旋流燃烧器区域及炉膛前后墙、侧墙区域的H2S浓度分布。这表明新的H2S预测模型可为旨在减缓高温腐蚀的锅炉运行优化与设计优化提供有力的理论指导。

关键词：煤粉燃烧 H2S预测对冲锅炉 CFD计算

煤粉燃烧中NO_x的预测:模型开发及Fluent实现

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煤炭学报 2016年第10期41卷 2426-2433页

作者：李振山张志陈登高蔡宁生冉燊铭王锦生张定海韦耿林山虎周武孔红兵清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084 东方电气集团东方锅炉股份有限公司清洁燃烧与烟气净化四川省重点实验室四川自贡643099

开发了新的煤粉燃烧NO_x预测模型,模型考虑了热力型,快速型和燃料型NO_x的生成以及已生成NO_x的异相,均相还原。通过不同煤种的大量热解实验建立了燃料N在挥发分,焦炭中分配比例的经验公式。为解决欠氧还原区NO_x均相还原的定量描述问题... 详细信息

开发了新的煤粉燃烧NO_x预测模型,模型考虑了热力型,快速型和燃料型NO_x的生成以及已生成NO_x的异相,均相还原。通过不同煤种的大量热解实验建立了燃料N在挥发分,焦炭中分配比例的经验公式。为解决欠氧还原区NO_x均相还原的定量描述问题,提出以CO,H_2浓度来间接表征气相碳氢化合物含量的方法。利用Fluent提供的用户自定义函数(UDF)接口,加入焦炭与CO_2,H_2O的气化反应,准确计算CO,H_2在燃烧全过程的衍化规律。编写程序将NO_x模型以UDF的形式嵌入Fluent中,实现新的NO_x模型与先进湍流,辐射换热模型的耦合计算。与原有模型相比,新的NO_x预测模型可以自适应不同燃烧条件(常规燃烧,空气分级燃烧)下NO_x迥异的生成与还原特点,从而有助于评判不同结构设计,运行条件对NO_x排放的影响。

关键词：煤粉燃烧 NOx模型气化反应 Fluent

煤粉燃烧过程中CH_(i)官能团对含硫组分演化的作用机理

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中国电机工程学报 2022年第22期42卷 8215-8223页

作者：马红和韩洋李春玉吕嗣晨崔志刚周璐太原理工大学电气与动力工程学院山西省太原市030024 中国科学院山西煤炭化学研究所山西省太原市030001

煤粉燃烧过程中,CH_(i)官能团对含硫组分的演化有重要影响。为从自由基层面阐明这一作用机理,该文构建相应的详细反应机理模型,包含45种组分和149个基元反应。该模型预测的含硫组分浓度分布与实验值的最大相对误差为12.8%。敏感性分析表... 详细信息

煤粉燃烧过程中,CH_(i)官能团对含硫组分的演化有重要影响。为从自由基层面阐明这一作用机理,该文构建相应的详细反应机理模型,包含45种组分和149个基元反应。该模型预测的含硫组分浓度分布与实验值的最大相对误差为12.8%。敏感性分析表明,C_(2)H_(2)一方面促进自由基SO转化为COS,抑制H_(2)S的生成;另一方面促进SO转化为CS/CS_(2),有利于H_(2)S和CS_(2)的生成。两条路径存在明显竞争关系。另外,CHi官能团对SO_(2)的生成几乎没有影响。生成速率分析表明,CH_(3)和CH_(4)分别促进CS和S转化为自由基SH,C_(2)H_(2)促进SO转化为COS,但CHi官能团对SO_(2)生成的关键自由基HOSO几乎没有影响。

关键词：煤粉燃烧 CH_(i)官能团含硫组分演化敏感性分析生成速率分析

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煤粉燃烧过程磷在亚微米颗粒中的转化

工程热物理学报 2009年第7期30卷 1237-1240页

作者：卓建坤熊刚李水清宋蔷姚强清华大学环境科学与工程系北京100084 清华大学热能工程系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

亚微米颗粒(PM_1)中的磷由于对环境和SCR催化剂活性的影响而受到越来越多的关注。本文在一台25 kW的一维下行炉实验装置上,利用两级N_2稀释高温水冷等速取样系统,通过PM(2.5)切割器和ELPI获取代表着煤粉燃烧主要阶段生成的粗颗粒(PM(2.5... 详细信息

亚微米颗粒(PM_1)中的磷由于对环境和SCR催化剂活性的影响而受到越来越多的关注。本文在一台25 kW的一维下行炉实验装置上,利用两级N_2稀释高温水冷等速取样系统,通过PM(2.5)切割器和ELPI获取代表着煤粉燃烧主要阶段生成的粗颗粒(PM(2.5+))和PM_1,并进行元素成分和颗粒形貌的测试。研究结果表明,在燃烧过程中,磷主要富集在PM_1中,磷在PM_1中的质量浓度粒径分布存在双模态结构,Na、K、Mg、Ca和Fe的磷酸盐化影响着P在燃烧中的转移,Fe、K和Ca是影响P在中间模态颗粒中分布主要因素,而超细颗粒模态中燃烧条件控制着蒸发凝并的过程,从而最终影响到P在超细颗粒模态中的质量浓度分布的剧烈变化,同时也影响磷酸盐化的元素种类及相关度。

关键词：煤粉燃烧磷亚微米颗粒形成机理