煤气颗粒物是什么原因造成的(天然气燃烧为什么会产生颗粒物)

长按识别二维码可查看PDF和HTML全文

本文基于空气分级方案，采用BarracudaTM颗粒流体力学计算软件，对一个3 000 t/h的悬浮焙烧炉内气固两相流动规律、温度场进行仿真计算；并在温度场基础上，将整个焙烧炉划分为由多个反应器模型组成的反应网络，采用Chemkin Pro软件，研究了不同空气分级比例下悬浮焙烧炉内NOx的生成规律，以期对氧化铝焙烧炉的低氮燃烧设计提供参考。

作者

杨协和，蔡润夏，张 扬，张建胜，张 海，吕俊复

作者单位

清华大学 热科学与动力工程教育部重点实验室

摘要

煤气化后的煤气常用于氢氧化铝焙烧过程。煤气中一般含有一定量的氨气，造成焙烧过程的氮氧化物生成量较高。针对一种燃用煤气的氢氧化铝气态悬浮焙烧炉，采用空气分级的方案，开展了煤气低氮燃烧过程的研究，探究空气分级技术对焙烧炉内煤气燃烧氮氧化物生成的影响规律，从而指导实际焙烧炉内的燃烧组织设计及优化。

利用BarracudaTM气固两相流动计算软件，分析了一台3 000 t/h的氧化铝焙烧炉的炉内气固流动及燃烧过程。结果表明，悬浮焙烧炉炉膛底部存在明显的高温区，局部高温负荷点较集中，最高温度达1 700 K。随着炉膛高度的增加，炉膛温度逐渐降低。同时由于气流回流的作用，炉膛内部在炉膛底部以及上部气流转向处存在明显的颗粒堆积造成的颗粒高浓度区域。基于气固流动计算得到炉内的温度场，耦合详细化学反应机理来考虑详细的化学反应过程，利用Chemkin Pro软件建立了反应器网络，通过数值计算探究空气分级技术对含氨煤气在焙烧炉内燃烧过程中NOx生成的影响。结果表明，燃用煤气的焙烧炉内生成的氮氧化物主要为燃料型氮氧化物。空气分级为20%时，空气分级对煤气燃烧氮氧化物生成的抑制效果有限。当空气比例为40%时，主燃烧区呈还原性气氛，焙烧炉内煤气燃烧生成NOx减排率达70.3%。

文中插图

图1 模拟对象结构

图2 100 s时炉膛内部温度和颗粒浓度分布

图3 悬浮焙烧炉内的截面平均温度分布(下层烧嘴定义为0 m，无空气分级)

图4 P04抽象出的平推流反应器(PFR)网络

图5 不同氨气体积分数下截面平均NOx浓度分布(下层烧嘴0 m)

图6 不同氨气体积分数下的截面平均CO体积分数分布(下层烧嘴0 m)

图7 不同空气分级比例下的截面平均NOx浓度分布(下层烧嘴0 m)

图8 不同空气分级下的截面平均CO体积分数分布(下层烧嘴0 m)

结论

1）BarracudaTM气固两相流动模拟计算表明，在焙烧炉膛炉部以及上部气流转向处，存在颗粒高浓度区，该区域气固混合剧烈，烟气温度迅速下降，最后维持在1 200～1 300 K。

2）Chemkin化学反应动力学计算表明，氧化铝焙烧炉内主要污染物为燃料型NOx。燃料中氨气体积分数升高会造成炉膛出口NOx浓度线性上升，但对CO体积分数影响有限。

3）若未将燃烧氛围调整到合理的工况范围内，空气分级对焙烧炉出口NOx排放浓度的降低并不显著。采用40%空气分级方案时，炉膛出口处NOx浓度显著降低。同时，空气分级对焙烧炉出口CO体积分数影响有限，采用空气分级方案可保证燃烧效率。

引文格式

杨协和，蔡润夏，张扬,等.空气分级技术对焙烧炉内煤气燃烧NOx生成的影响[J].洁净煤技术，2019，25(3):75-81.

YANG Xiehe,CAI Runxia,ZHANG Yang,et al.Effect of air grading technology on NOx formation of coal gas combustion in a calciner[J].Clean Coal Technology，2019，25(3):75-81.

END

本平台刊登的《洁净煤技术》所有稿件均按照国家版权局有关规定支付了相应稿酬，《洁净煤技术》享有稿件的信息网络传播权。未经授权，不得匿名转载。本平台所使用的图片属于相关权利人所有，因客观原因，部分作品如存在不当使用的情况，请相关权利人随时与我们联系。

联系我们：

电话：010-84262927

邮箱：jjmjs@263.net

网址：www.jjmjs.com.cn

微信客服：xrcz1217

点击图片放大后识别二维码

感谢您抽出 · 来阅读此文

请点击【阅读原文】即可阅读当期全部论文

↓↓↓

免责声明：以上内容转载自洁净煤技术，所发内容不代表本平台立场。全国能源信息平台联系电话 010-56002763，邮箱 hz@people-energy.com.cn