O_2/CO_2煤粉燃烧及NO_x污染排放的数值模拟

为了进一步全面评价O2/CO2煤粉燃烧特性,在前期实验基础上,通过数值模拟方法对空气、O2/CO2两种气氛下煤粉燃烧及污染物形成特性进行数值模拟,从而更充分了解O2/CO2燃煤过程火焰形成、传热和污染物形成特性,以便为合理组织流场、控制温度、获取合理的燃料和氧浓度分布状态及O2/CO2燃烧过程新燃烧器的设计提供必要的指导。     

喷煤燃烧器煤粉燃烧过程的数值模拟研究

采用ＣＦＤ（ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌｏｗ ｄｙｎａｍｉｃ）方法,研究并开发了喷煤燃烧过程的数值模拟应用软件。运用该软件预测的煤粉燃烧的温度分布场、主体气体组分分布场与实际燃烧过程相吻合,相对误差小于０％,该模拟软件是进行燃烧工程研究的重要分析工具。     

回转窑内煤粉燃烧机理数值模拟的研究

针对-回转窑建立模型进行煤粉燃烧的数值模拟,其中气相采用k—ε双方程湍流模型,离散相采用颗粒轨道模型,燃烧采用非预混燃烧结合简化的PDF模型,辐射采用P1模型。数值模拟计算结果揭示了挥发分释放与燃烧的过程以及焦炭的燃烧机理,为煤粉在回转窑内的优化燃烧提供了重要的理论参考依据。     

煤粉低尘燃烧器内燃烧特性的数值模拟

介绍了一种用于中小型工业窑炉的新型煤粉低尘燃烧技术,利用计算机数值模拟考察了煤粉低尘旋流燃烧器的特性. 在合理选择气相流动、固相流动、煤燃烧及NO的生成等模型的同时,针对旋流燃烧场中固体颗粒在壁面附近的碰撞及熔融特性,探讨了煤粉在壁面处的运动模型,并以此为基础考察了燃烧场的两相流动特性,模拟了燃烧器内煤粉的燃烧过程及各物理量的分布. 在与实验比较的基础上,对燃烧器的结构进行了改进. 结果表明,在低化学计量比下,改进后的燃烧器性能更好,颗粒在燃烧器内充分燃尽,在保证液排渣效果的同时,NO的排放远低于常规液排渣旋风器的NO排放量.     

煤粉燃烧及SNCR脱硝反应过程数值模拟

使用Fluent6.3.26对一个简单的燃烧器内煤粉燃烧及非选择性催化还原(SNCR)脱销进行了模拟。应用标准k-ε双方程模型计算气体的湍流流动,采用组分运输模型、P-1辐射模型,得到燃烧器内部的速度、压力、和浓度场信息,模拟结果与实际得到较好的吻合。     

O_2/N_2、O_2/CO_2和O_2/CO_2/NO气氛下煤粉燃烧NO_x排放特性

利用滴管炉研究了O2/N2、O2/CO2和O2/CO2/NO气氛下煤燃烧过程中NOx的排放特性。实验结果表明,在O2/N2和O2/CO2气氛下,高温或高O2浓度均使NO排放量增加。O2/CO2气氛下NO排放量比O2/N2气氛下NO排放量低大约30%~40%。在O2/CO2/NO气氛下,温度不同时,O2浓度变化对NO排放量的影响规律不同,对循环NO降解的影响规律也不同。高温不利于循环NO降解。随停留时间的延长NO排放量出现两个峰值。     

燃煤锅炉炉膛燃烧过程数值模拟研究概况

介绍数值模拟的意义,燃烧数值模拟的发展历程,炉内燃烧数值模拟的各种模型、研究现状及发展趋势。     

煤粉无焰富氧燃烧的数值模拟方法进展

无焰富氧燃烧是煤粉清洁燃烧技术的前沿发展方向之一,可在捕集高浓度CO₂的同时显著降低NOx排放,并提升富氧燃烧稳定性和热力性能。计算流体力学(CFD)作为燃烧研究的重要手段之一,具有快捷、成本低和数据丰富等优点,有效促进了无焰富氧燃烧技术发展。基于笔者团队对煤粉富氧燃烧和无焰燃烧的多年研究积累,对近十几年来煤粉无焰富氧燃烧CFD模拟方法和模拟研究进展进行了总结:首先强调了煤粉无焰燃烧的试验和数学定义,其由于存在非均相反应而区别于气体燃料无焰燃烧;然后详述了煤粉无焰富氧燃烧CFD模拟方法进展,包括模拟流动、传热、燃烧和污染物生成方面的子模型和机理,其中考虑强烈烟气卷吸的可实现k-ε湍流模型、P1或DO辐射模型及针对富氧气氛修正的WSGG气体辐射模型、CPD挥发分析出模型、考虑湍流与化学反应交互的有限速率EDC均相燃烧模型、针对无焰及富氧燃烧开发验证的均相反应机理、考虑气化反应的多步表面焦炭非均相燃尽模型、含氮化学详细反应机理氮转化模拟、动态自适应反应机理加速算法等可显著提高煤粉无焰富氧燃烧的模拟精度和计算效率。总结了煤粉无焰富氧燃烧在基准对照试验、微观反应区域分析、宏观反应特征、污染物生成及大型化锅炉概念设计方面的模拟研究情况;最后以大涡模拟、燃烧模型、高精度反应机理及动态自适应反应机理、工业应用优化等角度展望了煤粉无焰富氧燃烧CFD研究的发展方向。     

回转窑内煤粉燃烧及气体分布的数值模拟研究

运用CFD数值模拟的方法 ,研究回转窑中煤粉燃烧及气体分布。冷态模拟结果显示窑内产生中心回流区、内回流区和外回流区;热态模拟,结合温度场对窑中各气体分布进行详尽的说明。     

125 MW煤粉炉内分级燃烧的数值模拟

对125 MW煤粉炉内两种工况的分级燃烧进行了数值模拟,得到了炉内温度、速度分布以及NOx,CO,CO2等气相组分浓度分布.结果表明,随二次风率降低、燃尽风率的增加,炉内最高温度降低,炉内高温区上移,NOx浓度降低;整个炉膛内部湍流强度都比较强烈;炉内CO和CO2浓度分布及速度分布与实际燃烧状况能较好吻合,可为低NOx燃烧技术和锅炉改造提供指导.     

回旋区内喷吹煤粉燃烧行为的数值模拟

建立了直吹管-风口-回旋区下部区域内气固流动、传热和煤粉燃烧的数学模型,基于实际高炉工艺参数,借助商业软件通过数值模拟的方法研究了煤粉粒度、鼓风含氧量和鼓风温度对煤粉燃尽率的影响. 结果表明,煤粉粒径由120 mm降低到70 mm,燃尽率提高35.928%;鼓风含氧量由21%增加到30%,燃尽率上升16.542%;而鼓风温度由1423 K增加到1498 K,燃尽率仅提高8.897%. 脱挥发分过程和氧气供应是决定燃尽率高低的两大因素. 此外,在研究变量对喷吹煤粉燃尽率的影响时,模拟区域应同时包含直吹管、风口和回旋区.     

三喷腾DD分解炉内煤粉燃烧的数值模拟

本文采用Ansys软件平台中的非预混燃烧模型,对于日产5000 t熟料的水泥生产线上三喷腾型DD分解炉内煤粉燃烧过程进行了数值模拟计算,从而得到了煤粉燃烧后所形成的炉内温度场和组分浓度场.模拟计算的结果表明,该类型分解炉内的高温区位于炉体下部,最高温度约为1800 K;随着炉膛高度增加,炉内温度场呈均匀降低趋势;煤粉入口处挥发份和CO的浓度较高,CO2的浓度较低,并且随着反应的继续进行,CO和O2浓度将逐渐降至0.     

煤粉在富氧气氛下燃烧反应动力学的实验研究

在同步热分析仪上分别对年轻褐煤(小龙潭煤)和烟煤(富源煤)进行了不同O2含量下的O2/CO2燃烧特性实验,确定其燃烧特性参数及动力学参数. 结果表明,随氧气浓度从21%增大到80%(j),小龙潭年轻褐煤和富源烟煤的着火温度分别从591.65和756.15 K降到561.55和722.45 K,燃尽温度分别从898.75和984.95 K降到721.05和872.45 K,燃烧时间缩短,综合燃烧特性指数增大,煤粉的频率因子呈上升趋势,小龙潭年轻褐煤的活化能增大,高温段富源烟煤在氧气浓度达30%(j)及以上时活化能变化趋于平缓,后者的反应活化能和频率因子高于前者. 在不同氧气浓度下,两种煤粉的活化能E和频率因子A之间存在动力学补偿效应.     

水泥回转窑煤粉燃烧过程的数值模拟

为了研究水泥回转窑NOx浓度与温度的变化规律,对其内煤粉燃烧过程进行数值模拟,模拟结果与监测数据相对吻合.研究结果表明:当煤粉喷入量为一次风量的0.5～1.0倍时,水泥回转窑冷却段、煅烧段、过渡段、出口NOx浓度分别为0、100～1300 mg/m3、200～1300 mg/m3、100～1000 mg/m3,温度分别为1100～1300 K、1400～1900 K、1600～1750 K、1300～1700 K;煤粉喷射量为一次风量的0.6～0.8倍时,水泥回转窑内NOx浓度较低、温度较高,较为适合实际水泥生产工艺.     

气化装置黑水管道磨蚀问题的数值模拟研究

粉煤气化装置中,黑水中的固体颗粒对管道磨蚀非常严重,影响装置的安全平稳运行。针对黑水管道磨蚀失效问题,以三通结构为研究对象,采用FLUENT软件建模并划分网格,模拟其流场分布规律,对三通内的流动特性进行数值计算。通过改变三通结构尺寸,分析影响磨蚀的主要因素,研究结果表明,颗粒对管道的磨蚀跟缓冲区长度有关系,缓冲区长度不能低于管径;水平管上部的漩涡区是无法避免的,可采用一体化耐磨三通,避免颗粒对管壁的磨蚀。     

Numerical Analysis on the Characteristics of Soot Particles in C2H4/CO2/O2/N2 Combustion

The purpose of this study is to investigate the characteristics of soot particles in C₂H₄/CO₂/O₂/N₂ combustion at equivalence ratio of 3.0-5.0. As the oxidant is switched from conventional air to CO₂/O₂/N₂ mixture, the key species C₂H₂, C₃H₃ responsible for formation of first aromatic ring, the typical aromatics and 4-ring aromatics total production rate all decrease greatly. In addition, with CO₂ mole fraction from 0.2 to 0.5 in the mixture, the soot particle number density, volume fraction, surface area density, which are three most important parameters to soot particle property, are suppressed obviously. Furthermore, the increasing content of CO₂ in the oxidizer influences mostly H, OH radical concentrations by two reactions: CO+OH=CO₂ H and H+O₂=O+OH, and the production rate of H, OH from the two reactions declined, which revealed that CO₂ in mixture has an inhibiting effect on soot particle generation.     

含煤粉的煤层气T型管道颗粒分布特性

煤层气开采过程中,煤粉不可避免地进入集输管网,进而形成气固两相流动。基于湍流模型,采用FLUENT模拟软件计算广泛应用于煤层气集输管网的水平T型弯管的流场,得到气体和煤粉的速度场分布及各出口煤粉浓度,并分析管道分支处煤粉在气流扰动下的浓度分布,结果表明:气流经过支管后,部分煤粉滞留于管壁,支管两侧管壁煤粉浓度相差较大,各出口煤粉排出量也存在差异。     

基于粉煤气流床气化的CO_2制CO工艺技术研究

利用Aspen Plus软件模拟了以CO2和干煤粉为主要原料的气流床气化生产CO的工艺技术,研究了该工艺路线和反应条件的可操作性和合理性,在此基础上进行了实验室平台实验,实验结果与模拟结果高度吻合,说明采用基于粉煤气流床气化的CO2制CO工艺路线是可行的,进一步分析指出该工艺的两个关键操作指标为温度和压力。研究可为未来放大研究和工艺放大提供理论参考。     

Coal combustion in O2/CO2 mixtures compared with air

As part of CO₂ abatement strategies for climate change, we are investigating coal combusion behaviour in various O₂/CO₂ mixtures and in air. The goal is to simulate conditions of coal combustion with flue gas recirculation in order to maximize the CO₂ concentration in the flue gas prior to its recovery. A western Canadian sub‐bituminous coal and a U.S. eastern bituminous coal were investigated. Thermal input was set at 0.21 MW with a flue gas oxygen concentration of 5 vol%. Experiments were done using various O₂/CO₂ mixtures and air. The oxygen concentration ranged from 21% to 42%. Up to 95% CO₂ concentrations were achieved in the flue gas. This paper describes experimental results in terms of flame temperatures and pollutant emissions (NO_x', SO₂ and CO).