Chemkin模拟煤粉氨气混合燃料燃烧特性

1. 煤粉与氨气混合燃料

减少燃烧产生的温室气体排放的有效措施是二氧化碳捕获和储存。 该过程涉及将二氧化碳从工业和能源相关来源中分离出来，运输到储存地点，与大气长期隔离。用于煤粉燃料燃烧的所谓氧燃料燃烧技术是促进二氧化碳封存的有前途的方法。在这种方法中，通常使用纯度大于 90% 的氧气和循环烟气的混合物来燃烧燃料。因此，燃烧过程会产生主要由 CO2 和 H2O 组成的烟道气，从而可以简单地在下游去除 CO2。 回收的烟气代替燃烧空气中的 N2，用于降低火焰温度并保持通过锅炉的气体量。在煤粉中混合氨气进行燃烧，是有效降低燃烧温度，抑制氮氧化物的生成方式。

1. 模型设置

根据PSR模型的设置，搭建入口、反应器、出口的模型布置，如图一所示。

图1 模型搭建

根据实际工况条件，设置温度压力等参数。值得注意的是氨气的层流燃烧速度较低，反应器的温度要设置的高一点，才能达到引燃燃料的条件要求，反应器的体积设置为150立方厘米，保证了不会因为反应体积过大或者过小导致计算发散。

图2 反应器界面设置

设置反应器入口流量，设置反应物初始温度，初始温度越高有助于燃烧反应的发生。

图3 入口设置

勾选主要氮氧化物的敏感性和反应路径分析。

图4 敏感性勾选

1. 主要结果分析

图5和图6分别为敏感性分析和NO的后处理结果，图7为氮氧化物的主要反应路径。从图中可以看出，小的活性基团对于氮氧化物的生成起着至关重要的影响。其中H基，OH基等对氮氧化物的生成有抑制作用，而HO2基团有促进作用。氮氧化物的含量随着当量比单调递减，这是由于氨气在稀混合气的条件下也能良好燃烧。从反应路径上来看煤粉可以直接生成氮氧化物，氨气的加入主要是抑制了此条反应路径的进行。

图5 反应敏感性柱状图

图6 氮氧化物含量

图6 煤粉生成氮氧化物的反应路径

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