半焦掺混生物质无焰富氧燃烧NOx机理模拟

随着煤化工行业的快速发展,产生了大量半焦,但其大规模低碳利用仍存在挑战。半焦挥发分含量较低,在燃烧过程中常面临着火困难和燃尽率低的问题。掺混燃烧特性相对较好的生物质可望改善半焦的燃烧性能,提高燃尽率。由于半焦固定碳含量较高,燃烧会产生大量CO2。无焰富氧燃烧既能实现高浓度CO2捕集,又能显著降低NO排放。但是目前半焦掺混生物质在无焰富氧氛围相关的研究较少,氮转化特性尚不明确。为了研究无焰富氧气氛半焦和生物质掺烧的燃料氮转化特性,采用数值模拟方法,在对模型进行详细验证的基础上,深入探讨生物质掺混比对掺烧过程氮转化特性的影响,并对不同类型NO的单独贡献进行分析。结果表明,无焰富氧燃烧下,炉内烟气的卷吸效应始终保持在较高水平。随着生物质掺混比增大,炉内高温区提前,峰值温度升高,同时低氧区范围扩大,挥发分含量增加,CO含量增多并且分布区域更广;与纯半焦燃烧相比,纯生物质燃烧的峰值温度升高了105K。当生物质掺混比为25%时,出口总NO浓度显著降低;当生物质掺混比在50%到100%之间时,出口总NO浓度无明显变化。出口总NO浓度主要由燃料型NO生成量和NO再燃量决定,其中燃料型NO起主导作用。随着生物质掺混比由0增大到75%,NO再燃量由5×10−6增加到35×10−6。当生物质掺混比小于50%时,燃料型NO生成量不断降低,其中半焦NO的生成减少占主导地位,生物质NO的增加对燃料型NO的影响有限。推荐采用25%的生物质掺混比,在此条件下能有效抑制NO的生成;与纯半焦燃烧相比,此时出口总NO浓度降低了33%,主要是因为燃料型NO生成量减少了30%,而NO再燃影响相对较小。

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