120萬大卡生物質顆粒燃燒機

旋流數對旋流生物質燃燒機NOx生成影響的研究

摘要：用數值模擬方法研究了旋流數改變對旋流生物質燃燒機煤燃燒NO。生成的影響，給出了熱NO。和燃料NO。生成的詳細信息．預報結果表明，當二次風旋流數從0.204增加到0.414盹可以降低生物質燃燒機出口區(qū)域燃料NO。的生成，同時可以保持煤粉顆粒較高的燃盡率．另外，模擬結果也表明，生物質燃燒機出口區(qū)域的NO。生成主要是由燃料NO。的生成機理來控制．因此適當提高旋流生物質燃燒機的旋流數可以提高燃燒效率，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，通常認為，采用較大的旋流強度和較大的生物質燃燒機中心回流區(qū)不利于劣質煤的穩(wěn)定燃燒（特別是低負荷的穩(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，國內外研究機構對低NO。旋流生物質燃燒機進行了廣泛的研究，研制出分級配風、高濃度供粉技術和濃淡燃燒等新型旋流燃燒器[2~習，通過分析不難發(fā)現，這些新的生物質燃燒機在中必回流區(qū)內均形成了局部高煤粉濃度，并且它們的旋流強度也比蝸殼型生物質燃燒機低很多，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，這已被理論與實踐所證實，關于旋流強度對NO。生成的影響，Beer認為旋流離心力在流場中近軸線的似固核區(qū)會削弱湍流強度和湍流混合，從而減少NO。的生蒯q．實際上，旋流對NO。生成的影響是很復雜的，旋流數的改變會影響生物質燃燒機出口區(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，還需要進行更深入的研究，
  對于旋流生物質燃燒機出口區(qū)域的NO。生成的數值模擬，文獻[刁用顆粒隨機軌道模型進行了數值模擬，生成用有限反應率的PDF模型模擬，但預報結果和實驗數據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燃燒機的修正雙流體模型和有限反應速率二階矩NO。生成模型，編制了PERT書B軟件，用來模擬不同旋流數下雙調風旋流生物質燃燒機出口區(qū)域的NO。生成，探討改變旋流強度對燃料NO。生成的影響．
1 數學模型
1.1 湍流模型——修正的雙流體模型
  對生物質燃燒機出口區(qū)域的湍流兩相流動采用修正的七-e-kp模型，柱坐標系下三維湍流兩相流動的時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)采用擴散模型[8]；煤的熱解采用雙平行反應模型81；焦炭燃燒采用擴散一動力模型掣8]．
2 求解方法
  本文的模擬對象及網格劃分如圖1所示，其中1為一次風煤粉氣流，2為旋流二次風氣流，3為直流二次風氣流，氣固兩相均采用有限差分數值解法，用交錯網格和上風差分格式，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，網格節(jié)點取為16×14×11.各物理量在燃燒室進口處均取均勻進口條件；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，一次風煤粉氣流進口溫度為300K，二次風和三次風的進口溫度均為600K，-次風氣固比為20%.模擬工況安排和煤的工業(yè)分析見表1與表2．
3 模擬結果及分析
  圖2～圖6給出了煤粉燃燒及NO。生成的預報結果，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，工況2的溫度場高于工況1的溫度場，因此工況1的煤粉從預熱到著火需要的時間要長一些，這說明二次風旋流數從0.204增大到0.414，有利于縮短煤粉的預熱時間，使煤粉提前著火，提高煤粉的燃盡度，并且有利于劣質煤的燃燒，增強生物質燃燒機的低負荷穩(wěn)燃能力，
  圖3為煤粉燃燒時揮發(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，高的溫度分布有利于CH4的快速析出與燃燒，圖4是計算得到的氧(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，這說明增大生物質燃燒機的旋流強度，有利于燃料的燃燒與燃盡，提高總體燃燒效率，
  預報的熱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，但在生物質燃燒機出口附近工況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，同進在燃燒室內的每一點，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到最大，大約為2003年4月李志強等：旋流數對旋流生物質燃燒機NOx生成影響的研究
4 結 論
  1)對雙調風旋流生物質燃燒機出口區(qū)域的NO。生成進行數值模擬的結果表明，當雙調風旋流生物質燃燒機二次風旋流數從0.204增大到0.414，即旋流強度增大時，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)旋流生物質燃燒機出口區(qū)域的NO。生成主要是由然料NO。的生成機理來控制，熱NO。的生成量很少，因此，可以認為適當增加雙調風旋流生物質燃燒機的旋流強度能夠使生物質燃燒機實現高效低污染特性

生物質氣化站，598jx