氣流床氣化爐排渣系統(tǒng)的數(shù)值模擬和檢測(cè)方法.pdf

1、氣流床煤氣化技術(shù)是我國(guó)煤炭清潔、高效轉(zhuǎn)化的重要途徑和發(fā)展方向之一。目前，由于氣流床排渣系統(tǒng)故障而導(dǎo)致氣化爐下渣口堵渣和水冷壁“燒壞”等問(wèn)題制約氣流床氣化爐長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。因此，有必要對(duì)氣流床氣化爐進(jìn)行深入的研究。Shell煤氣化技術(shù)在當(dāng)今大規(guī)模煤氣化技術(shù)中具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)力，因此本文以Shell氣化爐為例，首先通過(guò)有限單元法建立氣流床氣化爐水冷壁的溫度計(jì)算模型，考察固態(tài)渣層的厚度、渣釘長(zhǎng)度、渣釘?shù)膶?dǎo)熱系數(shù)、水側(cè)對(duì)流換熱系數(shù)和氣化爐爐膛的溫度

2、對(duì)水冷壁溫度分布的影響，揭示“以渣抗渣”的機(jī)理。其次，以聲發(fā)射技術(shù)為檢測(cè)手段，對(duì)排渣系統(tǒng)中煤灰渣粘度、渣池排出的循環(huán)水（黑水）粘度、大塊渣的生成和塊渣堆積高度進(jìn)行較為系統(tǒng)的研究，期望實(shí)現(xiàn)排渣系統(tǒng)的故障預(yù)警。論文的主要工作：
　　 1．利用有限單元法建立氣化爐水冷壁的溫度分布的計(jì)算模型，分析固態(tài)渣層厚度、渣釘長(zhǎng)度、渣釘導(dǎo)熱系數(shù)、氣化爐近壁面溫度和水側(cè)對(duì)流換熱系數(shù)對(duì)氣化爐水冷壁溫度的影響。發(fā)現(xiàn)，隨著固態(tài)渣層厚度增加，固態(tài)渣層和液態(tài)渣

3、層交界面的溫度升高，渣釘?shù)臏囟冉档?，水冷管溫度和金屬壁面的溫度基本不變；隨著渣釘長(zhǎng)度的增加，固態(tài)渣層和液態(tài)渣層交界面的溫度降低，渣釘溫度增加，水冷管溫度和金屬壁面溫度基本不變；隨著渣釘導(dǎo)熱系數(shù)增加，渣釘溫度降低，水冷管溫度升高，金屬壁面溫度降低；隨著水側(cè)對(duì)流換熱系數(shù)的增加，水冷管溫度、金屬壁面溫度和渣釘溫度基本不變；隨著氣化爐近壁面溫度增加，水冷管溫度、金屬壁面溫度和渣釘溫度隨之增加。
　　 進(jìn)一步分析得到，固態(tài)渣層和液態(tài)渣層共

4、同組成水冷壁的主要熱阻，隔絕水冷管，金屬壁面和渣釘與液態(tài)渣層和氣化爐內(nèi)部反應(yīng)氣體的直接接觸，保證其不受氣化爐內(nèi)部氣化反應(yīng)腐蝕、不受高溫?zé)g、不受熔渣磨蝕，達(dá)到“以渣抗渣”的目的；渣釘主要起到支撐固態(tài)渣層和導(dǎo)熱的作用；
　　 2．建立羧甲基纖維素(CMC)-水體系的粘度預(yù)測(cè)模型，期望對(duì)液態(tài)熔渣的粘度實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)。對(duì)液態(tài)流體流動(dòng)產(chǎn)生的聲信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，分析發(fā)現(xiàn)聲信號(hào)主頻位移隨粘度的增加而增加，進(jìn)而建立煤灰渣的粘度預(yù)測(cè)模型，即

5、f=α△f+b，其中△f為氣化爐內(nèi)聲發(fā)射信號(hào)頻率譜圖特征峰的主頻位移，α和b為擬合參數(shù)，由預(yù)測(cè)模型得到的檢測(cè)結(jié)果與真實(shí)值的相關(guān)系數(shù)為0.979，平均相對(duì)偏差為5.47％，交叉驗(yàn)證誤差均方根為0.074，驗(yàn)證該粘度預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)確性。
　　 3．建立蔗糖水溶液的粘度預(yù)測(cè)模型，期望對(duì)黑水的粘度實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)。對(duì)流體流動(dòng)產(chǎn)生的聲信號(hào)進(jìn)行小波分析和R/S分析，發(fā)現(xiàn)聲波特征信號(hào)頻段能量隨流體粘度呈現(xiàn)規(guī)律性的變化，以流體撞擊壁面產(chǎn)生信號(hào)特征區(qū)域

6、的聲能量值為特征參數(shù)，建立蔗糖水溶液粘度的預(yù)測(cè)模型，由預(yù)測(cè)模型得到的檢測(cè)結(jié)果與真實(shí)值的相關(guān)系數(shù)為0.970，平均相對(duì)偏差為11.9%，交叉驗(yàn)證誤差均方根為1.228。
　　 4．基于聲發(fā)射技術(shù)，提出氣化爐內(nèi)大塊渣生成的判據(jù)，即當(dāng)渣池壁面處聲信號(hào)的能量和方差出現(xiàn)突變時(shí)，即能量E＞1.5E0，方差S＞1.2S0，表明此時(shí)氣化爐內(nèi)有大塊渣的生成。以水-玻璃珠體系為例，與目測(cè)法相比，聲發(fā)射技術(shù)檢測(cè)大塊渣生成時(shí)刻的結(jié)果最大誤差不超過(guò)2s，

7、表明該方法能比較好的檢測(cè)氣化爐內(nèi)大塊渣生成。
　　 5．利用聲發(fā)射技術(shù)，基于氣化爐壁面產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)的機(jī)理，結(jié)合能量、方差和頻譜分析等處理手段，揭示聲波信號(hào)特征頻段能量沿渣池高度的規(guī)律性變化，提出聲波法測(cè)量渣池塊渣堆積高度的方法，即聲信號(hào)的特征頻度能量值的第一次發(fā)生階躍變化所對(duì)應(yīng)的測(cè)量高度即為塊渣堆積高度。以水-玻璃珠體系，聲發(fā)射技術(shù)檢測(cè)塊渣堆積高度的結(jié)果與目測(cè)法的結(jié)果平均相對(duì)誤差為3.94%，表明該方法能較好地檢測(cè)渣池的塊渣堆