基于H2S生成简化动力学模型的富燃料煤粉燃烧数值模拟研究

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富燃料燃烧过程中,燃煤锅炉的水冷壁附近容易形成高浓度的H2S,引发高温腐蚀.为准确计算炉膛中H2S的浓度分布,并且尽量少占用计算资源,有必要发展H2S生成的简化动力学模型.因此,提出H2S生成的简化动力学模型,包括10种含硫组分和30个基元反应,并将该模型与计算流体动力学模型耦合,利用Ansys Fluent软件开展了富燃料煤粉燃烧的数值模拟研究.结果显示,SO2、H2S和COS浓度较高,在CO和H2的作用下,SO2可被还原为H2S和COS;CS2浓度虽然较低,但是对于H2S的生成有重要影响.对比发现,由该模型计算得到的煤粉燃烧炉中主要组分(CO、H2、CO2和O2等)的浓度与实验结果吻合较好,最大误差不超过10%;含硫组分(SO2、H2S、COS和CS2)浓度的计算值与实验值的最大误差小于13%.所以,该简化模型可用于富燃料燃烧过程中H2S浓度的计算.“,”In the fuel-rich combustion, high concentration of H2S is easily produced and thus leads to high-temperature corrosion in coal-fired power plants. In order to accurately predict the H2S distribution while greatly reduce the computing time, it is necessary to develop a reduced mechanism of H2S formation during pulverized coal combustion. In this work, a reduced kinetic model, consisting of 10 sulfur species and 30 elementary reactions, was proposed on the basis of our previous detailed kinetic model. After that, a numerical simulation of fuel-rich combustion of pulverized coal was performed in Ansys Fluent by coupling the reduced kinetic model with computational fluid dynamics (CFD). The results show that SO2, H2S and COS are released in large amounts. H2S and COS are further formed from SO2 in the presence of H2 and CO. CS2 is produced only no more than 100 μL·L-1, but significant for H2S formation. It is found that the predicted concentrations of the major species, namely, CO, H2, CO2, and O2, are overall consistent with the experimental values with the maximum error of less than 10%, and that the peak error is within 13% between the calculated and measured results for the sulfur species. Thus, the reduced kinetics model is acceptable in actual engineering application to predict the H2S production.
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