过氧系数及粒度对煤粉MILD-Oxyfuel燃烧影响的数值模拟

摘要

煤粉MILD-Oxyfuel燃烧是将煤粉富氧燃烧技术和煤粉MILD燃烧技术相结合的一种新型燃烧技术，利用煤粉MILD-Oxyfuel燃烧技术对于富氧燃烧技术降低NOx生成、提高燃烧效率和燃烧稳定性具有十分重要的理论和实际应用价值。本文以CFD数值模拟为研究手段，研究了不同过氧系数和煤粉粒度对煤粉MILD-Oxyfuel燃烧的影响，以期为这种新型燃烧方式的实际工业应用提供理论参考。
　　首先在0.3MW煤粉燃烧炉上进行了煤粉常规燃烧和煤粉MILD燃烧的实验研究，分别测量得到了两种工况下炉膛温度分布、CO浓度分布和烟气中NOx排放量等。同时利用CFD软件对煤粉常规燃烧和煤粉MILD燃烧分别进行了数值模拟，将模拟结果和实验结果进行了对比，结果表明二者之间温度分布相似，煤粉常规燃烧，NO生成量相差12％，煤粉MILD燃烧下，NO生成量相差5.9%，验证了模拟计算方法的准确性。
　　在此基础上，利用CFD软件研究了不同过氧系数对煤粉MILD-Oxyfuel燃烧的影响。首先对煤粉常规燃烧、煤粉MILD燃烧和煤粉MILD-Oxyfuel燃烧进行数值模拟，对比分析了三种燃烧模式下炉膛温度分布、CO分布、出口NO浓度的变化规律。然后对不同过氧系数下煤粉MILD-Oxyfuel燃烧进行模拟研究，结果表明氧气浓度为21%和25%时，随着过氧系数降低，炉膛最高温度降低，过氧系数为1.10的工况炉膛温度分布最均匀，有利于煤粉MILD-Oxyfuel燃烧；氧气浓度为29%时，随着过氧系数降低，炉膛最高温度降低，过氧系数为1.05的工况炉膛温度分布最均匀。当氧气体积浓度大于25%时，四种过氧系数工况的煤粉均能完全燃烧。随着氧浓度增大，炉膛整体温度升高。相同氧浓度下，NO排放量随着过氧系数的降低而降低；相同过氧系数下，NO随着氧浓度的降低而降低。
　　还研究了煤粉粒度对煤粉MILD-Oxyfuel燃烧的影响。结果表明煤粉粒度越小，炉膛径向温度分布越均匀，煤粉粒度越大，炉膛轴向温度分布越均匀，煤粉粒度为110μm~200μm时，炉膛CO分布最均匀，整体温度分布最均匀，有利于煤粉MILD-Oxyfuel燃烧。随着煤粉粒度减小，NO排放量逐渐减小，这可能与煤粉颗粒减小引起比表面积减小，进而增大了脱挥发分速率以及减少了着火延迟，从而增强了NOx的局部还原气氛。但是煤粉粒度为110μm时例外，此时NO排放量最小。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 煤粉MILD燃烧技术

1.3 煤粉MILD-Oxyfuel燃烧技术

1.4 NOx生成机理及低NOx技术

1.5 本文的主要研究内容

2 煤粉MILD燃烧的实验与模拟

2.1 实验研究

2.2 数值模拟研究

2.3 计算方法验证

2.4 本章小结

3 过氧系数对煤粉MILD-Oxyfuel燃烧影响的数值模拟

3.1 模拟工况及参数设置

3.2 模拟结果及分析

3.3 本章小结

4 粒度对煤粉MILD-Oxyfuel燃烧影响的数值模拟

4.1 模拟工况

4.2 模拟结果及分析

4.3 本章小结

5 全文总结及展望

5.1 全文总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表论文及专利