基于动态自适应反应的煤粉无焰燃烧燃料氮转化机理研究

摘要

无焰燃烧是近年来广受关注的新型高效清洁燃烧技术之一,具有容积式低反应速率燃烧区和典型中低温燃烧特性,需耦合详细反应机理并考虑湍流与化学反应交互,以提高无焰燃烧及其NO生成数值模拟精度.基于动态自适应反应机理对煤粉无焰燃烧和NO生成特性进行了高保真数值模拟研究.通过采用动态自适应机理简化算法,模拟过程实时对自主发展的含氮骨架机理进行当地简化.评估发现,相较于单纯采用骨架机理模拟,采用动态自适应反应可在不牺牲计算精度的条件下获得约3倍的计算加速,且对炉内NO生成的预测精度显著优于传统NO后处理模拟方法.基于经试验验证的模拟结果,还获得了 HCN和NH3等典型含氮前驱体的炉内分布,并进一步分析了煤粉无焰燃烧燃料氮转化路径、炉内活跃组分和活跃反应等氮转化关键信息.结果表明,煤粉无焰燃烧NO生成主要取决于NH3、HCN和N2O中间体,而NCO和HNO是较为关键的中间组分.HCN中间体主要通过HNCO/CN和NCO路径生成NO.NH3中间体由HNCO生成,并进一步转化为NH2和 HNO,最终生成NO.N2O路径主要参与NO还原,对NO生成贡献较低.CH3CN也是生成NO的重要中间组分,可通过NCO路径生成NO.