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

2021年第04期

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作者：

刘璐

李鹏飞

成鹏飞

刘耀蔚

胡帆

柳朝晖

郑楚光

单位：

华中科技大学煤燃烧国家重点实验室

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。

关键词：

煤粉无焰燃烧

燃料氮

详细反应机理

动态自适应反应

数值模拟

作者简介：

刘璐（1994—），女，黑龙江佳木斯人，硕士研究生，研究方向为无焰燃烧数值模拟。E-mail:m201871103@hust.edu.cn。通讯作者：李鹏飞，副教授，博士生导师，主要从事无焰燃烧与富氧燃烧研究。E-mail:pfli@hust.edu.cn

图表：

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煤炭清洁高效转化理论与技术专刊

引用格式：

刘璐，李鹏飞，成鹏飞，等.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［J］.洁净煤技术，2021,27(4):123-131. LIU Lu，LI Pengfei，CHENG Pengfei，et al.Study on fuel nitrogen conversion mechanism in flameless combustion of pulverized coal based on dynamic adaptive chemistry［J］.Clean Coal Technology，2021,27(4):123-131.

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