甲烷预混火焰自适应化学理论模拟及其与试验的比较

通常实际湍流火焰中不同燃烧区域的化学反应特性大不相同，且辐射在热传递过程中扮演了非常重要的角色。该文采用辐射模型离散坐标DO法来完善自适应化学理论。基于详细化学反应机理，在不同区域使用不同的简化反应模型来进行化学项的求解。针对甲烷／空气预混火焰，该文对其燃烧行为进行了合理的重现，考虑辐射模型之后的计算结果与试验结果吻合得更好。     

水蒸汽对焦炉气火焰燃烧速度及NO生成特性影响研究

以山西华鑫肥业有限公司富氧空气转化炉为研究对象,大型化学动力学软件CHEMKIN为计算平台,采用包含53种组分、325个基元反应的甲烷燃烧详细反应机理(GRI-Mech 3.0),研究了水蒸汽对富氧空气转化炉烧嘴火焰燃烧速度及NO生成特性的影响。计算结果表明:H2O对燃烧速度的影响主要是通过解离出的H自由基参与燃烧反应引起的;H2O含量的提高可以有效抑制NO生成速率。     

煤粉燃烧过程中H_2S生成机理研究进展

本文综述了H_2S生成的总包反应机理和详细反应机理,分析了相关研究中还需进一步解决的问题。在此基础上,提出了多孔壁风耦合空气燃烧技术,以抑制煤粉燃烧过程中H_2S的生成。初步的实验结果表明,该技术可望在实现低NO_x排放和高效燃烧的同时,有效抑制水冷壁面附近H_2S的生成。今后的研究应集中在完善H_2S生成的总包反应机理、修正其详细反应机理及构建简化机理,并论证多孔壁风耦合空气分级燃烧技术优势。     

煤气再燃还原氮氧化物的特性研究

电厂煤粉锅炉燃煤过程产生的氮氧化物对环境的污染非常严重。为了降低氮氧化物(NOx)的排放，并且利用现有的地下气化煤气气源，把煤气作为再燃燃料还原煤燃烧已生成的NOx，研究煤气再燃还原NOx的化学动力学特性。煤气中对NOx还原起主要作用的气体是H2、CO和CH4，其比例是5.6:4.7:1，构造了一个适用于煤气再燃还原NOx的化学反应机理(200个反应46种物质)，利用该机理研究了O2浓度、温度、初始的NO浓度、压力对煤气再燃还原NOx的影响，并给出了计算结果，利用这些机理可以很好地预测燃烧过程中的NOx排放特性，优化反应过程和运行参数。     

生物质基合成气燃烧详细机理的评估、简化与验证

与由CO和H_2组成的常规合成气相比,生物质基合成气中CH4含量不可忽略,其燃烧反应机理与常规合成气存在显著区别。通过系统评估、简化与验证,发展一种新的21组分、17步反应简化机理,适用于典型生物质基合成气燃烧。首先,系统评估8种详细机理在大量实验中的预测性能,发现USC-Mech-Ⅱ机理具有最好的综合性能;然后依次采用基于误差传递的直接关系图法、基于误差传递直接关系图法的敏感性分析和奇异摄动法,在5种CO:H_2比例下,对性能最好的详细机理进行系统简化,获得了典型生物质基合成气简化机理,并讨论了CO:H_2比例对简化机理的影响;最后,系统验证了简化机理对着火、火焰传播、组分预测和熄火等典型燃烧特性与详细机理以及实验的预测误差,相对误差小于10%。     

煤粉燃烧高温还原区喷氨脱硝技术计算模型开发与一维炉实验验证

针对煤粉燃烧高温还原区喷氨脱硝技术计算模型的欠缺,优选了NO还原反应过程的机理文件,通过与配气实验结果的比较,认为Urea2000机理能够获得对NO较好的预测。将Urea2000与煤燃烧机理合并,生成新的Urea+coal机理。以1台一维炉为研究对象,利用CFD和energico软件生成化学动力学分析的psr网络。将Urea+coal机理文件与该psr分析网络相结合,完成一维炉内煤粉燃烧过程的机理分析。以CO、NO摩尔分数为判定指标,对机理文件进行简化,得到包含29种物质、171个反应的简化机理。将简化机理与CFD软件耦合,完成煤粉一维炉燃烧过程的模拟。将模拟结果与实验结果进行比较,二者吻合较好,NO摩尔分数偏差在10%以内。Urea+coal的简化机理与CFD软件相结合得到的计算模型,可以满足对煤粉燃烧高温还原区喷氨脱硝技术进行性能预测的要求。     

CO为主燃料的混合燃料预混火焰燃烧特性研究

以CO为主燃料的混合燃料为对象,应用Chenkin软件,采用包含53种组分、325个基元反应的甲烷燃烧详细反应机理(GRI-Mech 3.0),研究了CO为主燃料的混合燃料预混火焰燃烧特性。结果表明:CO为主燃料的混合燃料最大火焰温度和最大层流燃烧速度都出现在富燃料侧,添加H2可以显著提高火焰温度和火焰的燃烧速度。     

一种用于燃烧模拟的动态自适应化学机制方法

介绍了一种动态自适应化学机制(dynamic adaptive chemistry,DAC)方法。采用直接关系图深度搜索算法,在燃烧过程的不同时刻点,根据当地的热化学状态对详细化学反应机制进行简化,得到即时的当地简化机制,并将该简化机制应用于下一时间步的计算。求解描述化学反应动力学的控制方程时,只对活跃组分进行求解,非活跃组分保持质量份额不变,且可作为基元反应的第三体。基于DAC方法,对包含558种组分、2539个基元反应的正庚烷详细机制定压绝热大空间自燃着火过程进行模拟,得到了精确的温度、主要组分质量份额变化曲线以及着火延迟时间等参数。与详细机制模拟结果进行了对比,模拟用时不足基于详细机制的1/15,证明了该方法的正确性与高效性。     

O3/NOx平面反应射流的直接数值模拟

对于O3/NOx平面反应射流，考虑详细化学反应动力学因素，采用直接数值模拟(DNS)的方法进行了模拟。化学反应采用20物种65步详细化学反应机理由CHEMKIN库函数动态计算获取。计算结果表明射流发展过程中涡结构的卷起以及涡结构彼此之间的相互作用演化是流场物质交换和能量交换的主要方式。O3与NOx之间的化学反应速度较慢，反应主要在旋涡核心区停留时间较长情况下进行， NO2是是主要的反应产物，主要出现在15d以后，NO3和N2O5是更高级别的反应产物，数量更少、出现位置更加靠后，分别出现在20d和25d之后。从O3和NO2的Faver统计平均结果来看，化学反应在15d左右开始引发，25d~30d左右最强，根据伴流速度计算对应时间在9.74~11.7ms。     

等温壁面条件壁面反应对微小通道内H2/空气预混火焰的影响

为了考察等温壁面条件下壁面反应对微通道内氢气/空气预混火焰的影响,该文建立了考虑火焰中活性自由基与壁面相互作用的二维数值模拟程序。计算程序中气相燃烧采用氢气详细化学反应动力学机理,壁面反应采用改进的氢气壁面反应机理,改进的壁面反应机理包括5个吸附反应和7个解附反应。计算结果表明:等温壁面时,壁面反应会大量消耗壁面附近的H、O及OH等活性自由基,导致贴近壁面处燃烧反应减弱,靠近壁面处放热量减少甚至消失,进而使火焰总的热量释放率减少,火焰温度及传播速度降低,火焰拉伸减弱。随着壁面温度的升高,壁面反应作用越显著。考虑壁面反应时,壁面H自由基的覆盖度最大,对壁面反应影响最大。     

基于自适应化学理论的复杂CH4燃烧模拟

麻省理工学院化工系的Green教授提出了自适应化学理论AdapChem的概念。这种方法根据反应条件的不同，分别使用多个简化化学反应模型而非复杂的详细基元反应模型进行区域内的数值模拟。该法提供了在保证化学精度条件下，避免效率浪费的一条有效途径。然而，为了完善AdapChem，引入以往没有考虑过的辐射模型是有必要的。为此，该文使用的是离散坐标法并对复杂CH4／空气火焰进行了模拟，得到了较为理想的结果。     

基于量子化学的燃煤过程痕量元素反应机理研究及其进展

对煤燃烧过程痕量元素化学反应机理的研究现状进行综述,介绍量子化学理论在该领域的应用情况,研究了煤燃过程中汞与含氯气体反应的微观机理。基于量子化学过渡态理论,确定了基元反应,并给出其动力参数的求解过程,提出了采用量子化学理论研究痕量元素反应机理的重点和方向。     

煤焦反应动力学参数对电站锅炉燃烧影响的数值研究

煤焦作为煤粉燃烧过程中的主要能量来源之一，其燃烧行为对锅炉的安全运行有着举足轻重的作用。文中以某台600MW四角切圆锅炉为对象，针对扩散－动力学控制模型中的不同煤焦反应活化能进行了煤粉燃烧全过程的数值模拟。从模拟结果可以看出，该模型参数不但影响锅炉燃烧的各标量均值，而且影响标量场的分布。当活化能保证煤焦在炉膛内较高燃尽率时，全场标量均值变化不大，仅在分布上有所变化。伴随活化能的升高，煤焦燃尽率降低，各标量全场均值呈单调变化。全场平均温度下降，CO，CO2平均浓度下降，O2平均浓度上升。     

基于自适应化学理论甲烷预混燃烧的非主量成分的数值计算

麻省理工学院的Green教授提出了自适应化学理论(AdapChem)的概念。它采用相容分割法将守恒方程划分为化学方程和流动方程两个有机的部分。根据反应条件的不同，这种方法分别使用多个简化化学反应模型，而非复杂的详细基元反应机理进行区域内的数值模拟。它提供了在保证化学精度条件下，避免效率浪费的一条有效途径。针对CH4/空气预混火焰，应用自适应化学理论对其燃烧行为进行了合理的重现，并对几种重要的非主量成分进行了预测，得到了较为理想的模拟结果。     

O2/CO2气氛下甲烷火焰中NO均相反应机理研究

氧燃烧方式下由于高浓度CO2介质的存在对煤中氮的析出以及氮氧化物的多相转化有重要影响。该文基于化学动力学分析软件CHEMKIN对O2/CO2及O2/N2气氛下甲烷燃烧均相反应体系中NO的转化行为进行模拟计算,探讨了温度、过氧系数 、CO2浓度、O2浓度、初始含N污染物组分等因素对NO形成及其还原的影响规律,采用生成率分析和敏感性分析工具分析了不同气氛富燃及贫燃条件下NO的反应机理。结果表明,2种气氛富燃及贫燃条件下NO的还原率变化规律相反,与空气气氛相比,富燃条件下O2/CO2气氛不利于NO的还原,而贫燃条件下O2/CO2气氛有利于NO还原。生成率分析表明高浓度CO2气氛能够促进NO还原并对NO的生成具有一定的抑制作用。敏感性分析表明2种不同气氛下NO的反应历程区别不大,但所发生的重要反应有明显差别;在富燃及贫燃条件下,NO反应历程有明显区别,富燃条件下NO的主要反应历程为NO->HNO->NH->N2,贫燃条件下NO的主要反应历程为NO->N->N2。     

煤粉高掺钙燃烧时煤灰矿物的形成动力学机理与实验研究

在前期研究工作的基础上，通过实验研究和动力学分析，对煤粉炉中煤粉在高掺钙条件下燃烧时的煤灰矿物形成机理作了进一步阐释，实验证明，在高掺钙条件下，煤灰中的主要矿物确实是硅酸二钙和钙铝黄长石，而且在掺钙数量足够时以硅酸二钙为主，动力学分析的结果则说明，在煤粉炉的燃烧条件下，形成硅酸二钙等矿物的固相反应速度相当高，可以在几秒钟内完成大部分反应，了解煤粉高掺钙条件下燃烧时的煤灰矿物形成机理，可以为粉煤灰改性处理的研究提供理论指导。     

含氨煤气再燃脱硝反应的化学动力学模拟

煤气再燃有望成为一种有效的低污染燃烧方式得到广泛的使用。该文利用化学动力学模型对2种典型含氨煤气的脱硝反应特性进行了模拟研究。计算结果发现,再燃停留时间的延长可以显著提高再燃脱硝的效果,再燃停留时间应该大于1s才能取得较好的脱硝效果。同时,再燃温度越高,反应越迅速,脱硝效果越好。再燃区过量空气系数的降低对脱硝也有好处。煤气中的氨成分对煤气脱硝有一定的促进效果,而且随着反应温度的降低和再燃比例的增加,促进效果增强。含烃煤气与非烃煤气的再燃特性有很显著的差异,进行低NOx燃烧方式设计的时候应特别注意。     

燃煤电站汞排放分布及控制研究的进展

综述了燃煤电站汞排放分布及其控制领域的研究现状。燃煤过程汞各种形态的分布规律可通过多种测量方法获得,理论上可应用平衡热力学以及化学反应动力学来估算烟气、灰渣中汞的分布。平衡热力学的计算结果揭示了各种形态汞形成的基本反应途径,能粗略估计系统在某一平衡态的主要产物分布;而反应动力学应用一系列均相氧化反应和多相反应原理,可描述系统内化合物的生成与反应速度,因而更加接近实际。目前有多种在研的汞控制技术,煤的清洁技术,常规污染物控制技术,如湿法洗涤和烟气中喷入活性炭吸附剂方式等较有发展潜力,但现在还没有一种适用性强的技术可广泛推广,最终汞脱除技术的发展须依赖于理论上的突破。     

Sn/O/H/N/C/Cl系统中锡的氧化动力学研究

控制燃煤锅炉中Sn的排放已经越来越被环境学界所关注。已有数据表明气相排放的和残留在飞灰中的Sn的变化范围很大,引起这种变化的原因还不清楚。在尾部烟道附近,Sn以元素态和二价氧化物蒸汽形式存在,已知水溶性二价锡氧化物更容易从烟气中脱除。为了更好地控制Sn的排放,必须了解燃烧过程中Sn的反应产物以及各浓度与时间的关系,即Sn的反应动力学机制,该文首次采用量子化学经典过渡态理论的方法研究了烟气中痕量元素锡的关键基元反应动力学参数,继而提出了Sn/O/H/N/C/Cl系统的氧化动力学模型。在典型的反应温度和组分浓度下进行了动力学的数值模拟,并通过敏感性分析找到了影响系统反应速率最重要的基元反应。