水煤浆在低温预热条件下MILD燃烧的数值模拟研究

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随着工业的不断发展,能源危机和环境问题逐渐加剧,寻找高效节能清洁的燃烧方式和能源成为解决当前难题的重中之重。我国的能源储量决定了煤炭是我国的基础能源,是我国能源安全基石,将在很长一段时间是我国的主要能源供给。水煤浆技术是一种新型清洁的煤炭利用技术。相比重油、原煤等燃料,水煤浆具有较好的经济、节能和环保特性,易于运输,低氮氧化物排放。MILD(Moderate&Intensive Low Oxygen Dilution)燃烧是一种新型燃烧技术,具有低污染、高效能、温度分布均匀、低噪音等一系列优点。将MILD燃烧技术和水煤浆技术相结合,可望解决目前水煤浆燃烧应用中的问题,拓展MILD燃烧的应用领域,具有很好的工业应用前景。  首先,本文以IFRF(International Flame Research Foundation)试验炉为研究对象,采用CFD数值模拟的方法研究了不同浓度的水煤浆在O2/N2气氛下常规旋流燃烧和MILD燃烧特性以及污染物排放的区别;随后研究了在低温预热非预混燃烧条件下入射流对于水煤浆扩散MILD燃烧的影响,具体针对一次风速度大小、入射流间距以及一次风角度进行了研究,比较了上述因素对流场、燃烧特性以及污染物排放等的影响;最后针对低温预热条件下水煤浆富氧MILD燃烧,研究了CO2、H2O以及压力对于水煤浆富氧MILD燃烧的影响,为水煤浆MILD燃烧技术的工业应用提供借鉴和指导。  研究结果表明,在低温预热条件下,水煤浆MILD燃烧相对于常规旋流燃烧,流场内烟气循环更强,温度更低分布更均匀,尾部烟气中NOx大幅减少;在非预混燃烧形式下,一次风喷嘴布置会影响炉膛内部的流场以及燃料和氧化剂之间的混合,从而影响炉膛内部的流场和燃烧强度,进而影响炉膛内的温度、焦炭燃尽时间以及污染物的形成等;相比于O2/N2气氛,在O2/CO2气氛下水煤浆MILD燃烧炉膛温度更低,NOx大幅降低,焦炭燃尽时间更短,增加CO2浓度更有利于水煤浆形成MILD燃烧,降低NOx生成;氧气浓度一定时,改变H2O浓度对于炉膛内部温度和NOx生成影响较小,但可以扩大高温区域面积以及改善焦炭的着火;增大炉膛整体压力可以有效提升炉膛温度,加速挥发分析出,增强气体扩散,加强炉膛内燃烧强度以及促进焦炭气化反应进行,降低焦炭着火时间,促进NOx的还原,降低尾气中NOx的排放。
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