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(wèn)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(wèn)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(wèn)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(guò)程與機(jī)理還不十分清楚，通過(guò)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(guò)程的有效方法。
　　本文以描述燃燒過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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