气态氨作还原剂的SNCR脱硝工艺的试验研究与模拟

在自行研制的试验台上对氨气作还原剂的SNCR脱硝工艺进行了实验研究,并利用化学反应动力学软件Chemkin 4.1进行了模拟。通过试验发现,采用自制改进型槽缝式TB系列喷嘴内部喷入的方式明显优于侧喷,提高了NOx的去除率。以NOx去除率高于50%为标准,试验所得温度窗口为863~937℃。随着氨氮比的增大,NOx的去除率和氨的泄漏量增大,当氨氮比大于1.0后,NOx去除率的随氨氮比增大的幅度减小,而氨的泄漏量增大幅度增大。利用Chemkin 4.1的模拟所得的温度窗口和NOx去除率与实验基本相符,通过对详细机理中重要基元的分析,得出了各温度下的主要反应途径。

NO_xOUT工艺的试验研究及化学动力学模拟计算

在自行研制的试验台上对NOxOUT工艺进行了试验研究,结合化学反应动力学模拟研究了CO(NH2)2还原NO过程中的关键影响因素。试验中最佳的尿素溶液喷入温度为850～900℃,NO的还原率最高可达到83%。利用Chemkin 4.1均相反应模型,模拟NOxOUT工艺所得的最佳反应温度窗口及其在各温度下的NOx去除率与试验数据进行对比,结果基本吻合。NSR的增加和停留时间的加长都有利于NO的脱除;但随着NSR的增加,烟气中N2O的生成量也随之增加而影响脱硝效率。试验中检测到烟气尾气中的碱性随着NSR的增加而增大,随着温度的增大而降低,模拟结果与试验结果基本吻合。

响应曲面法优化甲烷水蒸气重整制氢工况参数

基于Chemkin的蜂窝整体式反应器计算甲烷水蒸气重整中的甲烷转化率和氢气产率,得到不同工况参数(反应器温度、水蒸气与甲烷的摩尔比(水/碳比)和压力)对甲烷转化率和氢气产率的影响。采用响应曲面法以及Box-Behnken-Design模型对不同工况参数进行优化,建立以氢气产率为响应目标的响应模型。结果表明,水/碳比和反应器温度对氢气产率的影响最为显著。当反应器温度为1079.65 K、水/碳比为3.94、压力为0.11 MPa时,模拟3次的平均氢气产率为80.58%。采用化学反应过程仿真与数值结果预测相结合的方法,显著减少了仿真时间,提高了计算效率和精度。

空气气氛下褐煤和木屑共气化特性模拟

针对煤和生物质在单独气化过程中存在的转换率低、气体热值低和焦油含量高等问题,笔者通过CHEMKIN软件建立流化床反应模型对木屑和褐煤的空气气化进行模拟试验,研究生物质掺混比例(木屑/褐煤)、空气当量比,对产气组分、气体产率、碳转化率、热值和气化效率的影响。分析结果表明,通过建立柱塞流反应模型,依据燃料自身特性,选取合适的掺混比和空气当量比(ER值),可以得到高热值气体,并提高气化效率。

甲烷燃烧及氮氧化物排放特性的模拟分析

基于Chemkin化学动力学模拟软件对甲烷与空气燃烧及氮氧化物排放特性过程进行模拟分析,得到反应的主要产物、次要产物,对不同当量比的反应速率进行比较,并探讨在燃料侧加入不同稀释气体二氧化碳、水蒸气对燃烧温度及氮氧化物排放特性的影响。研究相同工况下,改变当量比对燃烧反应温度及氮氧化物排放特性的影响,并对次要生成物含量最多的OH自由基的生成量占比进行统计,得出OH自由基的变化与氮氧化物的生成关系,综合考虑在掺入稀释气体和改变当量比两种不同工况下,得到有效降低氮氧化物排放的途径。

微米铝粉在氢气/水蒸气氛围下燃烧机制研究

为探究铝制品在生产加工过程中蕴含的气粉两相体系爆炸风险,揭示铝粉在潮湿环境下燃烧机制,基于Chemkin软件模拟微米铝粉在氢气/水蒸气氛围下微观反应进程,结合铝粉气相燃烧机制,构建包含Al、O、AlO、AlO_(2)、AlH等28组分、68步基元反应的化学反应动力学模型。通过改变水蒸气与空气的摩尔比,分析水蒸气含量对燃烧温度敏感性的影响,以及对关键自由基的摩尔分数和最大生成速率的影响。结果表明:基于温度敏感性分析,发现水蒸气含量的增加会降低微米铝粉平衡时的燃烧温度。其中,影响平衡时燃烧温度的关键基元反应R32(即Al+H_(2)O=AlOH+H),由开始的先促进升温后抑制升温变为完全抑制升温。基于生成速率分析,得出水蒸气含量的增加会降低O和AlO自由基平衡时的摩尔分数。基于反应路径分析获取微米铝粉在氢气/水蒸气氛围下燃烧的关键反应路径,其中,Al→O、Al→AlO、Al_(2)O_(2)→AlO等基元反应较强。

基于OH-PLIF技术的合成气燃烧速度

为了解合成气燃烧特性,采用高精度光学测量技术PLIF,研究了不同生物质气化合成气在不同当量比下的燃烧火焰结构、OH基浓度以及火焰传播速度。采用CHEMKIN软件模拟计算了相同工况下合成气火焰传播速度,对引起温度变化和OH基浓度变化的原因进行了化学动力学分析。研究结果表明,合成气中CO含量的增加会使火焰整体结构变小,但对内焰影响程度不大,而H2含量的增加会增大火焰的传播速度。合成气燃烧过程中主要影响OH基生成的是R36:CO+OH=CO_2+H、R43:H+O2+M=HO_2+M和R45:H+HO_2=2OH这3个基元反应。

二元可燃烃类混合气体的爆炸下限实验及理论预测

利用FRTA爆炸极限测试仪对二元可燃烃类混合气体爆炸下限(LEL)进行测试,共获得16组144个二元可燃混合气体的爆炸下限值,并对混合气体随其组分及配比变化的规律进行研究。基于Chemkin软件的绝热燃烧相平衡模型模拟了二元可燃烃类混合气体的绝热燃烧过程,以绝热压升达到324. 24 kPa为依据判断此时可燃混合气体已达爆炸下限。结果表明:模拟规律与实验规律相类似,且两者间曲线变化幅度差距不大;样本中二元可燃混合气体爆炸下限预测值与实验值平均绝对误差为0. 22%,平均相对误差为9. 41%,预测误差在实验误差允许范围之内,可见预测方法具有较强的可靠性。本文的研究为工程上预测二元可燃混合气体的爆炸下限提供了一种新的有效方法。

合成气/空气贫燃火焰熄灭极限的测量与数值模拟

使用对冲火焰法实验测量和数值模拟多组合成气/空气的贫燃熄灭极限。随着主要可燃组分H_2和CO总含量的增加以及非可燃组分CO_2和N_2减少,在同一拉伸率下火焰浓度熄灭极限φ_(ex)(用当量比表示)降低,贫燃侧可燃极限φ_(limit)也随之降低。数值模拟结果与实验数据对比,在拉伸率较大时,两者符合得很好,在低拉伸率情况下,由于自然对流作用,导致测量偏差增大,使得实验测得的φ_(ex)高于数值模拟计算结果。