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独体煤料炉内部气体解化参数模拟

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-05-25 06:08:06 来源: 作者:用户11371    浏览次数:2    
摘要

实验与计算条件实验与计算在单角煤粉炉中进行,炉子及其坐标选取如。煤质如。下标ad表示空气干燥基。为研究强化燃烧的影响,增加了波纹钝体的给粉量,实验条件如。单角煤粉炉及其测量截面选取实测的NOx生成浓度、飞灰含碳量Cfh。 实测数据项目钝体NOx生成体积分数/10-6钝体飞灰含碳量Cfh/%直口NOx生成体积分数/10-6直口飞灰含碳量Cfh/%实测值79413.6762319.37计算煤种、配风条...

实验与计算条件实验与计算在单角煤粉炉中进行,炉子及其坐标选取如。煤质如。下标ad表示空气干燥基。为研究强化燃烧的影响,增加了波纹钝体的给粉量,实验条件如。单角煤粉炉及其测量截面选取实测的NOx生成浓度、飞灰含碳量Cfh。

实测数据项目钝体NOx生成体积分数/10-6钝体飞灰含碳量Cfh/%直口NOx生成体积分数/10-6直口飞灰含碳量Cfh/%实测值79413.6762319.37计算煤种、配风条件、单角炉尺寸、截面选取均与实验相同,计算时煤粉平均粒径为50Lm.

2NOx生成的数学模型2.1燃料型NOx挥发分中的氮化合物有NH,NH2,NH3,CH和HCN,主要是HCH和NH3。HCN和NH3的含量比例不仅取决于煤的挥发分,而且与N和碳氢化合物的结合状态等化学性质有关。对于烟煤,HCN比NH3多,由于计算煤种为烟煤,因此根据经验可设:煤中N析出后HCN占80%,NH3占20%.燃烧过程中HCN和NH3被氧化成NO,同时生成的NO被HCN和NH3还原成N2。NO生成和被还原的化学反应速率(单位:mol/(cm3s))分别为:ddt=1011xHCNxbO2exp(-280kJ/RT)(1)ddt=4×106xNH3xbO2exp(-134kJ/RT)(2)ddt=3×1012xHCNxbNOexp(-250kJ/RT)(3)ddt=1.8×108xHH3xbNOexp(-113kJ/RT)(4)式中:xHCN,xNH3,xO2,xNO分别为HCN,NH3,O2,NO的浓度,mol/cm3;b为反应级数;R为通用气体常数,取R=8.3143J/(molK);T为绝对温度,K;t为时间,s.

热力型NOx热力型NOx的生成按Zeldovich动力学模型计算ddt=3×10141/2exp(-542kJ/RT)mol/(cm3s)(5)焦炭能够还原和分解NO,使NO的浓度降低。焦炭还原反应的速率表达式为ddt=-4.8×10AEpNOexp(-142.5kJ/RT)mol/s(6)式中:pNO为NO的分压,0.1MPa;AE为煤粉颗粒比表面积,m2/g.由于煤粒内表面积为300~1000m2/g,取AE=600m2/g.

计算说明初始浓度因为煤中氮只有70%~90%释放出来,其余部分残留在焦炭中,因此可以假设,煤中N有80%析出。而且,挥发分中的氮化物主要是HCN和NH3。对实验的初始阶段,以1kg煤为基础,因为Nad=0.88%,HCN,NH3的浓度xHCN=6.185×10-8mol/cm3xNH3=1.554×10-8mol/cm3对于O2的浓度,文献已经证明,生成燃料NOx的氧元素不仅来自空气,也可以来自煤本身。但由于本文的基础计算数据中没有具体的氧的测量浓度,故在计算中所取的氧气浓度仅为近似经验值。不过,这对*后结果的实质影响并不大,这将在下面的计算结果及结果讨论中体现出来。根据文献,取xO2=9.38×10-6mol/cm3取空气中的氮气浓度xN2=3.53×10-6mol/cm33.2停留时间计算不考虑气固滑移,均按气相速度计算。各截面的停留时间t=∫l0dxUg(7)式中:lDD截面的轴向距离,m;UgDD气相速度,参考实验和文献得到。

截面温度实验结果实验所得的单角炉中心轴线上温度如,各截面上沿垂直方向的温度变化也由实验测得,文中省略。其它假设为了便于计算,作如下假设:1)由于O2浓度远大于HCN、NH3浓度(高两个数量级),因此在计算燃料NO生成速度时将同一截面上的O2浓度看作恒定值。计算热力NO生成速度时亦作此假定,并且,由于空气中的N2浓度远大于还原NO生成的N2浓度,因此,xN2全取为初始浓度。2)xNO取为所计算截面上的一个截面上的xNO余及该截面上的x燃料NO总与x热力NO三者之和。不过,由于x热力NO值太小,故xNO可取为xNO余与x燃料NO总之和。3)xHCN余为xHCN减去式(1)反应耗去的HCN后的值,xNH3余则是xNH3减去式(2)反应耗去的NH3后的值。式(3)、(4)中的xHCN,xNH3即用此两值,而且将此两浓度值作为下一个截面的初始值。由计算可知,式(3)、(4)对HCN,NH3,NO的浓度影响极小,可忽略不计。

计算结果与分析计算结果计算结果表示在对数坐标。分析与讨论1)将中各个截面生成的NOx的浓度相加,就可以得到炉子出口处总的NOx的生成浓度。计算所得的波纹钝体燃烧器总NOx的生成浓度约为725×10-6,与实验结果相差约9%;而直流喷口燃烧器总NOx约为456×10-6,与实验结果约有27%的差别。2)已有实验证明,在典型的煤粉燃烧条件下(温度T=1670~1770K),挥发分NO约为燃料NO的60%~80%.本文实验温度较低,故如、所示,焦炭的多相反应所生成的NOx较少,因此,只考虑挥发分的单相反应所生成的NOx。

 
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