新型頂部多噴嘴氣流床氣化爐的數(shù)值模擬.pdf

1、煤氣化是煤炭清潔高效利用的核心技術(shù)，氣流床煤氣化技術(shù)以其高碳轉(zhuǎn)化率和較強(qiáng)的煤種適應(yīng)性成為煤氣化的首選技術(shù)。針對(duì)現(xiàn)有干煤粉氣流床氣化爐在變工況運(yùn)行過(guò)程中易出現(xiàn)的渣口堵塞問(wèn)題和激冷流程引起的熱效率較低問(wèn)題，浙江大學(xué)與上海聯(lián)化投資發(fā)展有限公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)了新型頂部多噴嘴氣流床氣化爐。由于該爐尚未投運(yùn)，無(wú)任何運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，有必要就該爐流場(chǎng)分布特性進(jìn)行研究，本文通過(guò)數(shù)值模擬方法建立該爐三維數(shù)值模型，運(yùn)用歐拉-拉格朗日方法和非預(yù)混燃燒方法分別研究冷態(tài)和熱態(tài)

2、條件下該爐流場(chǎng)分布特性，為該爐優(yōu)化及運(yùn)行提供較為可信的指導(dǎo)。
　　冷態(tài)數(shù)值模擬中，采用 Euler-Lagrange方法模擬氣化爐內(nèi)氣-固兩相流動(dòng)，采用組分輸運(yùn)模型及Realizable k-ε雙方程模型模擬連續(xù)相的湍流流動(dòng)，采用DPM模型及隨機(jī)軌道模型模擬離散相的運(yùn)動(dòng)。數(shù)值分析結(jié)果表明，當(dāng)主噴嘴流量分配比例在40％-60%范圍內(nèi)變化時(shí)，考慮到顆粒停留時(shí)間因素，主噴嘴流量比例為40%時(shí)效果最優(yōu)；當(dāng)主噴嘴物料進(jìn)口速度逐漸增大時(shí)，出口

3、處氣體流速增加，顆粒停留時(shí)間減?。划?dāng)副噴嘴物料進(jìn)口速度逐漸增大時(shí)，爐內(nèi)流場(chǎng)分布改變并不明顯；當(dāng)副噴嘴傾角逐漸擴(kuò)大時(shí)，氣化爐出口氣流速度減小，顆粒停留時(shí)間有較大提升，副噴嘴傾角為30度時(shí)較15度和20度更有優(yōu)勢(shì)；較單一噴嘴氣化爐，新型頂部多噴嘴氣化爐具有更為均勻的流場(chǎng)分布以及更長(zhǎng)的煤粉顆粒停留時(shí)間。
　　CO2與 H2O混合氣氛下的氣化實(shí)驗(yàn)中，針對(duì)公共活性位與單獨(dú)活性位兩種矛盾的Langmuir-Hinshelwood(L-H)氣化

4、機(jī)理假設(shè)，提出比表面積和灰分兩種可能的影響因素，并利用改造后的熱天平進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，比表面積和灰分均會(huì)對(duì)煤焦氣化機(jī)理產(chǎn)生影響。比表面積較大的煤焦，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果更符合基于單獨(dú)活性位假設(shè)的L-H模型預(yù)測(cè)值，而比表面積較小的煤焦，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果與基于公共活性位假設(shè)的L-H模型預(yù)測(cè)值相吻合。脫灰后的煤焦，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果與基于兩種假設(shè)的L-H模型預(yù)測(cè)值均不吻合。
　　熱態(tài)數(shù)值模擬中，采用非預(yù)混燃燒方法模擬氣化爐內(nèi)的氣化過(guò)程，采用雙競(jìng)爭(zhēng)速

5、率模型模擬煤粉顆粒揮發(fā)分的析出，采用動(dòng)力/擴(kuò)散控制模型模擬焦炭顆粒的燃燒、氣化反應(yīng)；采用基于概率密度函數(shù)的混合分?jǐn)?shù)模型模擬爐內(nèi)同相化學(xué)反應(yīng)；采用P-1輻射模型計(jì)算爐內(nèi)輻射傳熱。數(shù)值分析結(jié)果表明：隨著主噴嘴物料流量比例增大，合成氣溫度逐漸增大，合成氣中有效成分(CO+H2)含量呈先增大后減小趨勢(shì)，在主噴嘴物料流量比例為50%時(shí)含量最高；當(dāng)主噴嘴物料進(jìn)口速度逐漸增大時(shí)，合成氣溫度及有效氣含量逐漸增加；當(dāng)副噴嘴物料進(jìn)口速度逐漸增大時(shí)，合成氣有