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120萬大卡生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)

旋流數(shù)對旋流生物質(zhì)燃燒機(jī)NOx生成影響的研究

摘要：用數(shù)值模擬方法研究了旋流數(shù)改變對旋流生物質(zhì)燃燒機(jī)煤燃燒NO。生成的影響，給出了熱NO。和燃料NO。生成的詳細(xì)信息．預(yù)報(bào)結(jié)果表明，當(dāng)二次風(fēng)旋流數(shù)從0.204增加到0.414盹可以降低生物質(zhì)燃燒機(jī)出口區(qū)域燃料NO。的生成，同時(shí)可以保持煤粉顆粒較高的燃盡率．另外，模擬結(jié)果也表明，生物質(zhì)燃燒機(jī)出口區(qū)域的NO。生成主要是由燃料NO。的生成機(jī)理來控制．因此適當(dāng)提高旋流生物質(zhì)燃燒機(jī)的旋流數(shù)可以提高燃燒效率，降低N0。的生成．
  然燒過程中NO。和S02的排放對環(huán)境的影響己引起人們的高度重視，大量研究表明，改變旋流煤粉燃燒器的旋流強(qiáng)度不僅影響火焰穩(wěn)定和燃燒特征，而且影響燃料NO。的生成，通常認(rèn)為，采用較大的旋流強(qiáng)度和較大的生物質(zhì)燃燒機(jī)中心回流區(qū)不利于劣質(zhì)煤的穩(wěn)定燃燒（特別是低負(fù)荷的穩(wěn)燃能力），而且NO。的排放量高，加重環(huán)境污梨1]．近二十年來，國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)對低NO。旋流生物質(zhì)燃燒機(jī)進(jìn)行了廣泛的研究，研制出分級配風(fēng)、高濃度供粉技術(shù)和濃淡燃燒等新型旋流燃燒器[2~習(xí)，通過分析不難發(fā)現(xiàn)，這些新的生物質(zhì)燃燒機(jī)在中必回流區(qū)內(nèi)均形成了局部高煤粉濃度，并且它們的旋流強(qiáng)度也比蝸殼型生物質(zhì)燃燒機(jī)低很多，局部較高的煤粉濃度所形成的缺氧燃燒能夠降低NO。的生成，這已被理論與實(shí)踐所證實(shí)，關(guān)于旋流強(qiáng)度對NO。生成的影響，Beer認(rèn)為旋流離心力在流場中近軸線的似固核區(qū)會(huì)削弱湍流強(qiáng)度和湍流混合，從而減少NO。的生蒯q．實(shí)際上，旋流對NO。生成的影響是很復(fù)雜的，旋流數(shù)的改變會(huì)影響生物質(zhì)燃燒機(jī)出口區(qū)域的流場（包括回流區(qū)的大小和位置、火焰的溫度、組分濃度的分布等），旋流是增大還是減小NO。的生成，還需要進(jìn)行更深入的研究，
  對于旋流生物質(zhì)燃燒機(jī)出口區(qū)域的NO。生成的數(shù)值模擬，文獻(xiàn)[刁用顆粒隨機(jī)軌道模型進(jìn)行了數(shù)值模擬，生成用有限反應(yīng)率的PDF模型模擬，但預(yù)報(bào)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比較還有一定的差距，本文作者建立了適合模擬旋流生物質(zhì)燃燒機(jī)的修正雙流體模型和有限反應(yīng)速率二階矩NO。生成模型，編制了PERT書B軟件，用來模擬不同旋流數(shù)下雙調(diào)風(fēng)旋流生物質(zhì)燃燒機(jī)出口區(qū)域的NO。生成，探討改變旋流強(qiáng)度對燃料NO。生成的影響．
1 數(shù)學(xué)模型
1.1 湍流模型——修正的雙流體模型
  對生物質(zhì)燃燒機(jī)出口區(qū)域的湍流兩相流動(dòng)采用修正的七-e-kp模型，柱坐標(biāo)系下三維湍流兩相流動(dòng)的時(shí)均方程組可用通用形式予以表示，
1.4 其它模型
  輻射傳熱采用離散坐櫟(DO)模型[lq；煤中水分蒸發(fā)采用擴(kuò)散模型[8]；煤的熱解采用雙平行反應(yīng)模型81；焦炭燃燒采用擴(kuò)散一動(dòng)力模型掣8]．
2 求解方法
  本文的模擬對象及網(wǎng)格劃分如圖1所示，其中1為一次風(fēng)煤粉氣流，2為旋流二次風(fēng)氣流，3為直流二次風(fēng)氣流，氣固兩相均采用有限差分?jǐn)?shù)值解法，用交錯(cuò)網(wǎng)格和上風(fēng)差分格式，對差分方程采用p-v修正的SIMPLE算法和TDMA逐行、逐面迭代求解，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)取為16×14×11.各物理量在燃燒室進(jìn)口處均取均勻進(jìn)口條件；在燃燒室出口處均取為充分發(fā)展流條件：a啊8x一0（甲一“，v，w，p，尼，￡）；軸線上為對稱條件：acP/ax一0（甲一“，v，w，p，尼，￡），v一0，w一0；壁面處氣相取無滑移條件，顆粒相法向速度分量為零，速度的其它分量的梯度及濃度梯度為零；壁面溫度定為1270K；煤粉顆粒直徑為60Ym煤粉濃度為1350kg/m3等，一次風(fēng)煤粉氣流進(jìn)口溫度為300K，二次風(fēng)和三次風(fēng)的進(jìn)口溫度均為600K，-次風(fēng)氣固比為20%.模擬工況安排和煤的工業(yè)分析見表1與表2．
3 模擬結(jié)果及分析
  圖2～圖6給出了煤粉燃燒及NO。生成的預(yù)報(bào)結(jié)果，圖中的x代表燃燒室簡體長度方向的距離，r代表簡體半徑方向的距離．
  圖2為計(jì)算所得到的溫度分布，可以看出，在燃燒器出口軸線附近，即中心回流區(qū)內(nèi)，工況2的溫度場高于工況1的溫度場，因此工況1的煤粉從預(yù)熱到著火需要的時(shí)間要長一些，這說明二次風(fēng)旋流數(shù)從0.204增大到0.414，有利于縮短煤粉的預(yù)熱時(shí)間，使煤粉提前著火，提高煤粉的燃盡度，并且有利于劣質(zhì)煤的燃燒，增強(qiáng)生物質(zhì)燃燒機(jī)的低負(fù)荷穩(wěn)燃能力，
  圖3為煤粉燃燒時(shí)揮發(fā)分(CH4)的濃度分布，與工況1相比工況2的揮發(fā)分熱解析出較快，這和燃燒器出口附近溫度場有關(guān)，高的溫度分布有利于CH4的快速析出與燃燒，圖4是計(jì)算得到的氧(02)濃度分布，工況1在燃燒室出口處仍有較高的02濃度，而工況2有較快的02濃度衰減，這說明增大生物質(zhì)燃燒機(jī)的旋流強(qiáng)度，有利于燃料的燃燒與燃盡，提高總體燃燒效率，
  預(yù)報(bào)的熱NO。濃度分布如圖5所示，可以看到兩種工況的熱NO。值均不大，但在生物質(zhì)燃燒機(jī)出口附近工況2的熱N0。值比工況1要大60多倍，這是由于該處工況2昀溫度水平高于工況1的溫度水平，符合隨著溫度升高，熱NO。生成量增加的原理，同進(jìn)在燃燒室內(nèi)的每一點(diǎn)，工況2的熱NOx值均大于工況1的熱NOx值．
  圖6所示為燃燒室內(nèi)總NO。（熱NO。和燃料NO。的生成總量）的生成濃度分布，工況1的總NO。生成量呈增加趨勢，在燃燒室出口附近達(dá)到最大，大約為2003年4月李志強(qiáng)等：旋流數(shù)對旋流生物質(zhì)燃燒機(jī)NOx生成影響的研究
4 結(jié) 論
  1)對雙調(diào)風(fēng)旋流生物質(zhì)燃燒機(jī)出口區(qū)域的NO。生成進(jìn)行數(shù)值模擬的結(jié)果表明，當(dāng)雙調(diào)風(fēng)旋流生物質(zhì)燃燒機(jī)二次風(fēng)旋流數(shù)從0.204增大到0.414，即旋流強(qiáng)度增大時(shí)，有利于煤粉顆粒的提前著火燃燒與燃燼，并且可以降低燃料NO。的生成．

  2)旋流生物質(zhì)燃燒機(jī)出口區(qū)域的NO。生成主要是由然料NO。的生成機(jī)理來控制，熱NO。的生成量很少，因此，可以認(rèn)為適當(dāng)增加雙調(diào)風(fēng)旋流生物質(zhì)燃燒機(jī)的旋流強(qiáng)度能夠使生物質(zhì)燃燒機(jī)實(shí)現(xiàn)高效低污染特性

生物質(zhì)氣化站，598jx