單顆粒焦炭氮轉(zhuǎn)化的數(shù)值模擬研究.pdf

1、煤炭作為我國(guó)的重要一次能源，其燃燒帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境問題。NOx作為一種環(huán)境污染物，會(huì)造成酸雨、光化學(xué)煙霧等環(huán)境問題，同時(shí)還對(duì)人類的健康有害，因而引起了世界各國(guó)的廣泛重視?；痣姀S是氮氧化物排放的主要來(lái)源之一，而燃煤電廠又在其中占有主要份額。嚴(yán)峻的環(huán)境問題以及新國(guó)標(biāo)提出的嚴(yán)格的排放限值，對(duì)降低NOx的排放提出了新的要求。要進(jìn)一步降低NOx的排放就必須對(duì)煤中氮向NOx的轉(zhuǎn)化有更加清楚的認(rèn)識(shí)。煤中氮分為揮發(fā)分氮和焦炭氮兩部分向氮氧化物進(jìn)行轉(zhuǎn)化，

2、而焦炭氮向氮氧化物的轉(zhuǎn)化過程與機(jī)理還不十分清楚，通過建立單顆粒模型對(duì)焦炭氮向氮氧化物的轉(zhuǎn)化進(jìn)行計(jì)算，是認(rèn)識(shí)焦炭氮轉(zhuǎn)化過程的有效方法。
　　本文以描述燃燒過程中溫度變化的能量守恒方程與描述氣體組分變化的氣體組分質(zhì)量守恒方程為基礎(chǔ)，通過隱式有限容積法對(duì)方程進(jìn)行離散求解。方程中涉及到的反應(yīng)源項(xiàng)，通過選取相應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理來(lái)確定，包括碳燃盡的反應(yīng)機(jī)理以及焦炭氮轉(zhuǎn)化的反應(yīng)機(jī)理。碳燃盡的反應(yīng)機(jī)理選定四步表面反應(yīng)機(jī)理、CO與O2的同相容積反應(yīng)以及C

3、O2與碳的異相表面反應(yīng)。焦炭氮向氮氧化物轉(zhuǎn)化機(jī)理，選定焦炭氮直接氧化生成NO，而不考慮先生成中間產(chǎn)物再由中間產(chǎn)物生成NO這樣的反應(yīng)路徑以及流化床條件才作用顯著的N2O。NO的還原反應(yīng)機(jī)理考慮NO與焦炭的表面還原反應(yīng)以及NO與CO的容積還原反應(yīng)。
　　由于燃燒過程中擴(kuò)散作用的重要性，本文對(duì)氣體在顆粒內(nèi)部的分布情況進(jìn)行了計(jì)算。主要是O2與NO在顆粒內(nèi)部的濃度分布情況以及溫度、顆粒粒徑、氣體濃度對(duì)擴(kuò)散過程的影響，計(jì)算結(jié)果顯示溫度升高、粒

4、徑增大均不利于氣體的擴(kuò)散，而氣體濃度增大對(duì)于氣體擴(kuò)散具有一定的促進(jìn)作用。
　　在焦炭氮向NO轉(zhuǎn)化的研究中，計(jì)算了不同溫度、氧濃度、顆粒粒徑及環(huán)境NO濃度條件下氮轉(zhuǎn)化率的變化情況。在900℃以上，煤焦焦炭氮向NO的轉(zhuǎn)化率隨溫度的升高而下降；氧濃度對(duì)焦炭氮向NO轉(zhuǎn)化影響復(fù)雜，在溫度低于1200℃時(shí)，氮轉(zhuǎn)化率受氧濃度變化的影響較小，而當(dāng)溫度高于1200℃時(shí)，氮轉(zhuǎn)化率隨氧濃度的升高而升高，在氧濃度高于10％后，氮轉(zhuǎn)化率不再隨氧濃度升高而變