水煤漿氣化爐的數(shù)值模擬及優(yōu)化研究.pdf

1、水煤漿是一種新型低污染的液態(tài)煤炭產(chǎn)品，是21世紀最有前途的潔凈煤技術(shù)之一。氣化爐是水煤漿氣化工藝的核心和關(guān)鍵設(shè)備，研究高效可靠的水煤漿氣化爐具有重要意義。本文以四噴嘴對置式水煤漿氣化爐為研究對象，利用Fluent軟件對其進行冷態(tài)和熱態(tài)模擬并進行優(yōu)化分析，主要結(jié)論如下:
　　(1)對四噴嘴對置式氣化爐進行冷態(tài)數(shù)值模擬，通過考核，湍流模型選擇Realizablek-εmodel，顆粒相采用DPM模型，模擬結(jié)果與實驗結(jié)果相一致。模擬得出

2、，射流周圍形成兩個較大的回流區(qū)，回流區(qū)的存在延長了氣化爐內(nèi)顆粒的停留時間。氣化爐內(nèi)顆粒最短停留時間τ為1.50s，平均停留時間tm為7.65s，顆粒停留時間分布的標準差SD為5.16。隨著入口氣速、顆粒直徑的增加，氣化爐內(nèi)顆粒平均停留時間、最短停留時間及時間分布的標準差均減小。當噴嘴距爐頂距離H為1150mm時，顆粒平均停留時間及最短停留時間最大，分別為8.60s和2.25s，顆粒停留時間分布的標準差最小，為4.91。
　　(2)

3、采用PDF燃燒模型和DPM顆粒相模型對水煤漿氣化爐進行熱態(tài)模擬，通過考核，煤的揮發(fā)分析出模型采用Two-competing-ratesmodel，水煤漿中水分的處理方法選擇將水視為氧化劑，模擬結(jié)果與現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)相一致。模擬得到的CO、H2、CO2、H2O及碳轉(zhuǎn)化率與現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)的相對誤差分別為-2.4％、9.0％、-22.2％、17.5％和-4.5％。四噴嘴水煤漿氣化爐射流中心溫度低，兩側(cè)溫度較高，最高溫度達2400K左右，氣化爐噴嘴下

4、方CO、H2濃度較高，接近氣化爐出口處濃度分布均勻。最終氣化爐出口處CO、H2的平均濃度分別為39.2％、22.8％，氣化爐內(nèi)碳轉(zhuǎn)化率達93.7％。
　　(3)增加氣化壓力對提高氣化爐出口有效氣含量及碳轉(zhuǎn)化率有很好的效果。壓力從1MPa增加到8MPa，氣化爐出口有效氣(CO+H2)含量從47.6％增加到63.8％，碳轉(zhuǎn)化率從70.1％增加到97.2％。提高水煤漿濃度可以提高氣化爐出口有效氣含量，但碳轉(zhuǎn)化率會降低。氧氣流量降低，氣化

5、爐出口有效氣含量升高，碳轉(zhuǎn)化率降低。綜合考慮碳轉(zhuǎn)化率、有效氣含量及耗氧量，氧氣流量選擇4375Nm3/h，此時有效氣含量為62.0％，碳轉(zhuǎn)化率為93.8％。減小煤粉的顆粒直徑、減小操作負荷可以提高氣化爐出口有效氣含量及碳轉(zhuǎn)化率。顆粒直徑從200μm降到50μm，氣化爐出口有效氣含量從58.0％增加到65.0％，碳轉(zhuǎn)化率從84.2％增加到96.7％。操作負荷從25t/h降到5t/h時，氣化爐出口有效氣含量從56.9％增加到63.2％，碳轉(zhuǎn)