粉煤氣化爐數(shù)值模擬及性能優(yōu)化分析.pdf

1、粉煤氣化技術(shù)在化工生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。粉煤氣化爐作為粉煤氣化技術(shù)的核心裝備，其性能是粉煤氣化技術(shù)成功的關(guān)鍵，因此對氣化爐的流場和氣化性能進行研究具有重要意義。本文采用Fluent計算軟件，對包含雙通道噴嘴的典型粉煤氣化爐進行了三維冷態(tài)和熱態(tài)的數(shù)值模擬，主要結(jié)論為：
　?。?）氣相湍流采用Realizable k-ε模型，離散相煤粒采用DPM模型，對氣化爐進行三維冷態(tài)數(shù)值模擬。模擬得出，煤粒軌跡受氣相流場影響顯著。煤粒的平均停留時間為5

2、.55s，最小停留時間為2.39s，標(biāo)準(zhǔn)差為2.81s。中心進口速度、外環(huán)進口速度增大使?fàn)t內(nèi)平均湍動能及平均湍流強度增大，但煤粒的平均停留時間、最小停留時間和標(biāo)準(zhǔn)差減小。僅增大外環(huán)進口速度，使中心軸線上湍流強度和湍動能最大值減小，且最大值位置從距離進口0.15m處推移到0.30m。
　?。?）針對復(fù)雜的煤氣化反應(yīng)，建立了簡化煤氣化反應(yīng)機理。通過采用簡化煤氣化反應(yīng)機理，氣相化學(xué)反應(yīng)采用有限速率/渦耗散模型，異相化學(xué)反應(yīng)采用多表面反應(yīng)

3、模型，離散相煤粒采用DPM模型，對氣化爐進行三維熱態(tài)數(shù)值模擬。通過考核，發(fā)現(xiàn)采用Realizable k-ε湍流模型，two competing rates脫揮發(fā)分模型和簡化揮發(fā)分成分處理方法的模擬值與實驗值吻合，模擬值相對實驗值的CO、H2、CO2、H2O摩爾分?jǐn)?shù)和碳轉(zhuǎn)化率的誤差分別為9.65％、-4.62%、-6.25%、-1.11%和0.99%。氣化爐射流頂端和外圍溫度較高，最高溫度約為2400K，射流中心區(qū)溫度最低。氣化爐射流區(qū)

4、和回流區(qū)中的CO2和H2O摩爾分?jǐn)?shù)較高，而有效氣體CO和H2的摩爾分?jǐn)?shù)較低。在距離噴嘴1.5m處，各組分摩爾分?jǐn)?shù)接近穩(wěn)定，其中出口處CO摩爾分?jǐn)?shù)為0.322，H2摩爾分?jǐn)?shù)為0.17，CO2摩爾分?jǐn)?shù)為0.159，H2O摩爾分?jǐn)?shù)為0.259，有效氣(CO+H2)摩爾分?jǐn)?shù)為0.492。煤粒在射流區(qū)和回流區(qū)較為密集，煤粒的平均停留時間為0.79s，最小停留時間為0.30s，標(biāo)準(zhǔn)差為0.52s，碳轉(zhuǎn)化率為82.81%。
　?。?）隨著氧煤比

5、增大，氣化爐出口有效氣(CO+H2)摩爾分?jǐn)?shù)降低，而碳轉(zhuǎn)化率先增大后減小，碳轉(zhuǎn)化率在氧煤比為1.0時最大，為84.3%，此時，出口有效氣摩爾分?jǐn)?shù)為0.456。增大汽煤比、負(fù)荷比和煤粒直徑，氣化爐出口有效氣摩爾分?jǐn)?shù)和碳轉(zhuǎn)化率降低。當(dāng)CO2替代N2作為載氣，氣化爐出口有效氣摩爾分?jǐn)?shù)提升2%左右。氣化劑配比中CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，出口有效氣摩爾分?jǐn)?shù)增大，碳轉(zhuǎn)化率先增大后減小，在CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%時最佳。
　?。?）綜合考慮出口有效氣（