IGCC系統(tǒng)中氣化爐的流場(chǎng)模擬及研究.pdf

1、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)技術(shù)是石油危機(jī)時(shí)期興起的新型煤發(fā)電技術(shù)，可以很好的解決困擾全世界的能源與環(huán)境污染問(wèn)題。但建立IGCC電廠投資費(fèi)用巨大，并且有些技術(shù)尤其是煤的氣化與凈化技術(shù)仍處于發(fā)展中，CO2捕獲與封存技術(shù)更是還處于研究開(kāi)發(fā)中。煤氣化技術(shù)是IGCC系統(tǒng)中至關(guān)重要的，其核心設(shè)備便是氣化爐。為了降低投資成本、提高發(fā)電效率，開(kāi)發(fā)更大容量、更好性能的氣化爐是勢(shì)在必行的，對(duì)爐內(nèi)流場(chǎng)分布、物質(zhì)濃度分布以及傳熱過(guò)程等進(jìn)行研究有助于這些問(wèn)題

2、的解決。
　　本論文利用計(jì)算機(jī)仿真軟件對(duì)煤氣化技術(shù)的核心設(shè)備進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算。采用Pro/e軟件建立氣化爐反應(yīng)室、輻射廢鍋以及廢鍋內(nèi)水冷壁管的三維固體模型，利用專(zhuān)業(yè)CFD/CAE前處理軟件ICEMCFD對(duì)所建立模型進(jìn)行了網(wǎng)格的劃分，并應(yīng)用商業(yè)CFD軟件ANSYSCFX進(jìn)行了以下工作。
　　首先，采用k-epsilon雙方程湍流模型對(duì)氣化爐反應(yīng)室進(jìn)行了不同進(jìn)口流速工況和不同氣化爐尺寸的冷流模擬，考察進(jìn)口流速與氣化爐尺寸對(duì)爐內(nèi)

3、流場(chǎng)的影響。計(jì)算得到每種工況下?tīng)t內(nèi)流場(chǎng)的分布，得出文中模擬模型的最佳進(jìn)口工況為燃料噴口和氧化劑噴口采用不同進(jìn)氣流速;模擬得到不同高度和不同直徑時(shí)氣化爐內(nèi)的流場(chǎng)，確定出了適宜的氣化爐尺寸。
　　其次，采用渦耗散(EddyDissipation)燃燒模型與P1輻射模型對(duì)氣化爐內(nèi)天然氣和柴油點(diǎn)火燃燒過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值仿真模擬。分別得到兩種燃料燃燒時(shí)爐內(nèi)火焰的大致位置、中心火焰的最高溫度、爐內(nèi)溫度分布、輻射強(qiáng)度以及流場(chǎng)的分布，反應(yīng)物天然氣、油

4、和氧氣以及生成物CO2和H2O等的濃度分布。通過(guò)點(diǎn)火模擬驗(yàn)證了先用天然氣可以升高爐內(nèi)溫度到預(yù)期值，再用油繼續(xù)將爐內(nèi)溫度升高到目標(biāo)投料溫度。
　　最后，采用k-epsilon湍流模型和P1輻射模型對(duì)氣化爐輻射廢鍋及其水冷壁管內(nèi)的流動(dòng)與傳熱過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬。計(jì)算得到廢鍋內(nèi)筒和環(huán)隙內(nèi)合成氣的流動(dòng)情況，以及整個(gè)廢鍋內(nèi)的流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、輻射強(qiáng)度與濃度的分布情況;模擬得到了水冷壁管內(nèi)冷卻水在分布總管、收集總管以及整個(gè)冷卻管內(nèi)的流場(chǎng)與溫度分布情