流化床煤气化炉传质研究

发布时间：2020-08-07 02:49

【摘要】：随着流化床气化炉的广泛应用,对其传质、传热过程的研究也在不断深入。气化炉的传质过程与气固两相的流动密不可分,由于气固两相的相互作用比较复杂,国内外众多学者以仿真模拟的形式对气化炉进行了大量的研究,但对颗粒流动行为以及气化炉操作条件等对气化性能的影响考虑不足。本文以流化床气化炉为研究对象,采用数值模拟与工厂实际情况相结合的方式对气化炉气固传质过程进行研究。主要工作内容如下:首先基于气化炉结构和气化工艺的实际情况,并结合企业现场数据,构建流化床气化炉的三维数值模型,并采用文献数据对本文模型进行验证,结果表明本文模型可行。其次对基准工况下的气化炉进行了数值模拟,结果表明:在射流区,氧化剂与煤粉颗粒已完成大部分反应;在气化炉中心部位存在撞击驻点,驻点处流体速度接近于零,但湍流动能最高;流体在入口水平面上速度较高,然后在入口水平面上下两侧速度逐渐降低。合成气体的分布情况与温度分布情况基本一致,在射流区域呈边缘高、中心低的形势分布;大部分颗粒进入气化炉后在气流的携带作用下进入回流区,停留时间较长,部分颗粒直接落入炉底随灰渣排出或被气流携出炉。最后对气化炉进行了多种工况的模拟,分析不同工况对气化过程的影响。结果表明:适当的增加氧化剂流量和细化煤粉颗粒都可以改善气化炉的气化性能,提高有效气体的生成率,最佳氧化剂流量为7.26kg/s,最佳颗粒粒径为30um;增大煤粉的预热温度在一定程度上会改善气化性能,但整体影响不太明显。
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ545
【图文】：

自定义函数,软件,仿真模拟,数值求解

图 3-1 Fluent 基本结构图Fig. 3-1 Basic structure of FluentENT 数值求解型的简化与假设用 Fluent 软件进行仿真模拟之前，必须对模拟对象进行充分的了物理模型的基础上建立合适是数学模型，并确定初始条件及边界条Fluent 软件缺少对实际研究对象的描述接口，因此需要研究者在了解基础上对其进行简化，必要时还可能需要自定义函数，以便计算结为了减少计算的工作量，现做如下假设：）不考虑炉壁厚度对结果的影响，同时将煤粉视为粒径均匀的球形

几何模型,喷嘴

图 3-2 几何模型简图Fig. 3-2 Geometric model个喷嘴对称布置，每个喷嘴的边负担，在划分网格之前先对其进求解过程中采用镜像处理。应用分块网格化和局部加密的域、喷嘴以上部分和喷嘴以下区喷嘴附近的不规则区域采用四面立性计算，最终确定四分之一几分如图 3-3 所示。

局部放大图,气化炉,网格划分

a）整体网格划分图（b）喷嘴区域局部放大图图 3-3 气化炉网格划分图Fig. 3-3 Mesh件和初始条件设置件和初始条件的设置是数值模拟过程得到一个重要环节，制方程能否有确定解。口边界条件口采用质量流量入口边界条件，氧化剂为氧气和水蒸气， 185℃，入口处压力为 4MPa。进入四个喷嘴的总氧量为 1氧气的质量比为 0.14，即水蒸气的量为 2.58kg/s，因此单负荷为 5.26kg/s。假设气体为均匀的充分发展的湍流，-ε 模型。粒采用射流的方式喷入炉内，四个烧嘴总的负荷为 22.54k

【参考文献】