為闡明多孔壁風耦合空氣分級對煤粉燃燒的作用特性,利用商業(yè)軟件Ansys Fluent進行了數(shù)值模擬研究,并采用用戶自定義函數(shù)法（UDF）編譯寫入了焦炭氣化反應(yīng)和NO被焦炭異相還原的宏文件。探究了燃燒爐中流場、溫度場和主要組分濃度場的分布規(guī)律,分析了多孔壁風對NO_x排放和燃燒效率的影響。結(jié)果表明:多孔壁風系數(shù)存在優(yōu)化值,此時不會明顯影響爐內(nèi)的燃燒組織;多孔壁風可在主燃區(qū)和還原區(qū)壁面形成空氣膜,其中,主燃區(qū)空氣膜中氧氣體積分數(shù)大于4%,還原區(qū)不低于2%,阻止了還原性氣體的腐蝕;多孔壁帶入還原區(qū)的氧氣能夠與焦炭結(jié)合,在焦炭表面生成含氧絡(luò)合物C（O）,既能強化NO的異相還原,又能促進焦炭在燃盡區(qū)燃燒。 

【文章來源】：西安交通大學學報. 2020,54(10)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

燃燒爐的網(wǎng)格劃分和主要結(jié)構(gòu)

為了驗證數(shù)值模擬方法的可靠性，將部分模擬的計算值與實驗值進行對比。圖2是煤粉爐中心線溫度的計算值和實驗值的對比，表4列出了煤粉爐出口NO體積分數(shù)及飛灰中碳的質(zhì)量分數(shù)的計算值與實驗值�？梢钥闯觯瑴囟�、NO體積分數(shù)及飛灰中碳的質(zhì)量分數(shù)等的計算值與實驗值誤差均在10%以內(nèi)�？梢姡疚牟捎玫哪M方法能夠獲得較為滿意的計算結(jié)果。2.2 流場和溫度場

圖4是煤粉爐內(nèi)CO和H2濃度場分布，可以看出二者體積分數(shù)分布非常相似。煤粉氣流噴出煤粉爐，揮發(fā)分迅速熱解，大量的CO和H2等釋放出來，其體積分數(shù)快速達到各自峰值的10%和7%左右。由于多孔壁風對氣流的限制，熱解主要發(fā)生在主燃區(qū)中心線附近（見圖3），高濃度的CO和H2也出現(xiàn)在中心線附近，沿徑向其濃度逐漸降低，以致主燃區(qū)壁面附近的體積分數(shù)為0�？梢姡嗫妆诘拇_抑制了腐蝕性氣體對壁面的侵蝕。另外，主燃區(qū)和還原區(qū)總體上為強還原性氣氛，僅壁面由于多孔壁風的作用形成了局部氧化性氣氛。隨著氣流進入燃盡區(qū)，燃盡風帶入過量的氧氣，剩余焦炭再次燃燒，溫度范圍為1 050～1 200 K,CO和H2迅速被氧化，體積分數(shù)降為0。圖5是煤粉爐內(nèi)O2濃度場分布。燃燒器出口φ（O2）高達16%，由于燃燒反應(yīng)的作用，O2快速消耗，中心線附近體積分數(shù)降低為0。由于多孔壁風的作用，主燃區(qū)壁面形成了一層空氣膜，從Z=230mm截面可看出，空氣膜中φ（O2）為4%～8%。進入還原區(qū)，氣膜中φ（O2）逐漸降低，但直至Z=450mm，壁面φ（O2）仍然超過2%，說明還原區(qū)壁面也可有效防止還原性氣氛的腐蝕。O2濃度場分布直觀地證明了多孔壁風可在主燃區(qū)和還原區(qū)壁面形成一層連續(xù)的空氣膜，有效防止還原性氣體的侵蝕。進入燃盡區(qū)，由于燃盡風的噴入，O2體積分數(shù)快速升高。至燃燒結(jié)束，O2的體積分數(shù)最終穩(wěn)定在4%左右。

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3326447