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)化率和較強的煤種適應(yīng)性成為煤氣化的首選技術(shù)。針對現(xiàn)有干煤粉氣流床氣化爐在變工況運行過程中易出現(xiàn)的渣口堵塞問題和激冷流程引起的熱效率較低問題，浙江大學(xué)與上海聯(lián)化投資發(fā)展有限公司聯(lián)合開發(fā)了新型頂部多噴嘴氣流床氣化爐。由于該爐尚未投運，無任何運行經(jīng)驗，有必要就該爐流場分布特性進行研究，本文通過數(shù)值模擬方法建立該爐三維數(shù)值模型，運用歐拉-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、條件下該爐流場分布特性，為該爐優(yōu)化及運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，采用組分輸運模型及Realizable k-ε雙方程模型模擬連續(xù)相的湍流流動，采用DPM模型及隨機軌道模型模擬離散相的運動。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，考慮到顆粒停留時間因素，主噴嘴流量比例為40%時效果最優(yōu)；當(dāng)主噴嘴物料進口速度逐漸增大時，出口

3、處氣體流速增加，顆粒停留時間減??；當(dāng)副噴嘴物料進口速度逐漸增大時，爐內(nèi)流場分布改變并不明顯；當(dāng)副噴嘴傾角逐漸擴大時，氣化爐出口氣流速度減小，顆粒停留時間有較大提升，副噴嘴傾角為30度時較15度和20度更有優(yōu)勢；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分布以及更長的煤粉顆粒停留時間。
　　CO2與 H2O混合氣氛下的氣化實驗中，針對公共活性位與單獨活性位兩種矛盾的Langmuir-Hinshelwood(L-H)氣化

4、機理假設(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行了實驗研究。實驗結(jié)果表明，比表面積和灰分均會對煤焦氣化機理產(chǎn)生影響。比表面積較大的煤焦，其實驗結(jié)果更符合基于單獨活性位假設(shè)的L-H模型預(yù)測值，而比表面積較小的煤焦，其實驗結(jié)果與基于公共活性位假設(shè)的L-H模型預(yù)測值相吻合。脫灰后的煤焦，其實驗結(jié)果與基于兩種假設(shè)的L-H模型預(yù)測值均不吻合。
　　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)的氣化過程，采用雙競爭速

5、率模型模擬煤粉顆粒揮發(fā)分的析出，采用動力/擴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，在主噴嘴物料流量比例為50%時含量最高；當(dāng)主噴嘴物料進口速度逐漸增大時，合成氣溫度及有效氣含量逐漸增加；當(dāng)副噴嘴物料進口速度逐漸增大時，合成氣有