H 2 O/O 2 /CO 2 气氛下双颗粒煤焦的气化反应特性模拟研究
发布时间：2022-01-23 20:11
由于气流床气化炉工作环境的复杂性,煤焦颗粒在高温火焰条件下的反应特性很难通过实验手段得到,而模拟则可以从微观尺度上考察颗粒的气化反应特性。采用CFD模拟方法建立了多孔球形煤焦双颗粒模型,研究了在H2O/O2/CO2气氛下煤焦双颗粒的气化反应特性,反应包括四种非均相反应、一氧化碳氧化反应和水煤气变换反应。在颗粒尺度下考察煤焦颗粒的反应过程,从颗粒温度、总反应速率、碳消耗速率等方面了解颗粒反应特性。本论文的研究分为两部分,第一部分研究了煤焦双颗粒的颗粒间距、环境温度、气体浓度对颗粒气化反应特性的影响。颗粒间距L在2.2 R-5 R范围内变化,R为颗粒半径,结果显示,随着L逐渐增大,由于反应区域的迁移,两个颗粒中间的温度先上升后下降,且双颗粒煤焦的特性逐渐接近单颗粒煤焦。环境温度由1200K增加至1800 K,颗粒的峰值温度逐渐升高且火焰层逐渐在双颗粒中间合并。反应的吸热和放热是影响火焰层的关键因素。还研究了不同CO2浓度及不同H2O/O2比例下的双颗粒煤焦,CO2浓度和H2O浓度增大时,放热反应速率和碳消耗速率减小,因为O2为主要放热反应的反应物。气氛浓度的变化影响了化学反应的平衡及反应速...
【文章来源】：宁夏大学宁夏回族自治区 211工程院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２滴管炉原理
图１－５标记跟踪界面示意图：（ａ）初始状态；（ｂ）移动标记［５５］??Ｆｉｇ．?１－５?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｖｉｅｗ?ｏｆ?ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?ｔｒａｃｋｉｎｇ?ｕｓｉｎｇ?ｍａｒｋｅｒｓ：?（ａ）?ｉｎｉｔｉａｌ?ｓｔａｔｅ；?（ｂ）?ｍａｒｉｃｅｒｓ?ａｒｅ?ｍｏｖｅｄ１５５１??Ｙｕ等［５７］从数值模拟和实验两方面研究了?Ｓｔｅｆｋｎ流动和ＣＯ氧化对氧燃料燃烧的影响
形单颗粒模型进行模拟，利用颗粒表面平均温度进行验证。Ｌｅｖｅｎｄｉｓ??等［３８］对不同高温气氛下的煤焦单颗粒进行了反应特性研宄，本研宄与文献中〇２／＜：〇２气氛下颗粒表面??温度随氧气浓度变化曲线进行对比。颗粒的实验是在滴管炉中进行，环境温度Ｔ－＝１４００?Ｋ，以氧气??摩尔分率为变量，其含量在２０％－６０％之间变化，模拟条件设置与实验相同，使不同工况下流体的雷??诺数Ｒｅ＝ｌ不变。将煤焦单颗粒在高温０２／Ｃ０２气氛下反应的模拟结果与褐煤在燃烧时间约为５０％时??的实验数据进行对比。图２－３是模拟结果与文献中结果的对比，以煤焦颗粒表面平均温度随氧气浓??度的变化曲线作对比。从图２－３中可以看出模拟得到的颗粒表面平均温度与实验结果趋势一致，而??且数值也与实验数据基本吻合，模拟结果在实验的误差值之内。验证结果说明该多孔模型颗粒能够??较好地体现出煤焦颗粒的气化反应特性。??２８００?ｒ??—Ｔ??２６００?－?—??２４。。：??￥?２２００??２０００?－?丄??１８００?－??Ｉ?．?Ｉ?．?Ｉ?．?Ｉ?．?Ｉ?．??０．２?０．３?０．４?０．５?０．６??丫〇２??图２－３模拟结果与文献结果对比图１３８１??Ｆｉｇ．?２－３?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｒｅｓｕｌｔｓ?ａｎｄ?ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ?ｒｅｓｕｌｔｓ１３８１??２．２颗粒间距对双颗粒模型煤焦气化反应过程的影响??１４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国煤炭资源清洁高效利用现状及对策建议[J]. 李小炯. 煤炭经济研究. 2019(01)
[2]气流床气化炉的原料反应性评价、过程强化及环境影响[J]. 黄于益,梁鼎成,解强. 洁净煤技术. 2019(01)
[3]高温过程对气化炉内颗粒物形态结构演变的影响[J]. 张志清,郭庆华,黄宇宸,卫俊涛,龚岩,于广锁. 中国电机工程学报. 2018(24)
[4]O2/N2高温气氛下单颗粒煤焦反应行为特性数值模拟[J]. 薛志村,郭庆华,龚岩,于广锁. 中国电机工程学报. 2017(20)
[5]Thermophoresis effects on gas-particle phases flow behaviors in entrained flow coal gasifier using Eulerian model[J]. Chao Dai,Fan Gu. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2017(06)
[6]水煤浆制备与应用技术及发展展望[J]. 段清兵,张胜局,段静. 煤炭科学技术. 2017(01)
[7]我国煤炭需求、探查潜力与高效利用分析[J]. 滕吉文,乔勇虎,宋鹏汉. 地球物理学报. 2016(12)
[8]中国煤炭清洁高效利用的实践与展望[J]. 张绍强. 科技导报. 2016(17)
[9]现代煤气化技术发展趋势及应用综述[J]. 汪寿建. 化工进展. 2016(03)
[10]我国煤炭工业节能减排技术现状及发展思考[J]. 何波. 能源研究与信息. 2015(04)
硕士论文
[1]水煤浆气化炉内气化过程数值模拟和分析[D]. 袁丹丹.武汉科技大学 2016
[2]单颗粒煤焦在O2/CO2与O2/H2O气氛下燃烧特性的实验与模拟研究[D]. 吕雷生.华中科技大学 2014
本文编号：3605072
【文章来源】：宁夏大学宁夏回族自治区 211工程院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２滴管炉原理
图１－５标记跟踪界面示意图：（ａ）初始状态；（ｂ）移动标记［５５］??Ｆｉｇ．?１－５?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｖｉｅｗ?ｏｆ?ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?ｔｒａｃｋｉｎｇ?ｕｓｉｎｇ?ｍａｒｋｅｒｓ：?（ａ）?ｉｎｉｔｉａｌ?ｓｔａｔｅ；?（ｂ）?ｍａｒｉｃｅｒｓ?ａｒｅ?ｍｏｖｅｄ１５５１??Ｙｕ等［５７］从数值模拟和实验两方面研究了?Ｓｔｅｆｋｎ流动和ＣＯ氧化对氧燃料燃烧的影响
形单颗粒模型进行模拟，利用颗粒表面平均温度进行验证。Ｌｅｖｅｎｄｉｓ??等［３８］对不同高温气氛下的煤焦单颗粒进行了反应特性研宄，本研宄与文献中〇２／＜：〇２气氛下颗粒表面??温度随氧气浓度变化曲线进行对比。颗粒的实验是在滴管炉中进行，环境温度Ｔ－＝１４００?Ｋ，以氧气??摩尔分率为变量，其含量在２０％－６０％之间变化，模拟条件设置与实验相同，使不同工况下流体的雷??诺数Ｒｅ＝ｌ不变。将煤焦单颗粒在高温０２／Ｃ０２气氛下反应的模拟结果与褐煤在燃烧时间约为５０％时??的实验数据进行对比。图２－３是模拟结果与文献中结果的对比，以煤焦颗粒表面平均温度随氧气浓??度的变化曲线作对比。从图２－３中可以看出模拟得到的颗粒表面平均温度与实验结果趋势一致，而??且数值也与实验数据基本吻合，模拟结果在实验的误差值之内。验证结果说明该多孔模型颗粒能够??较好地体现出煤焦颗粒的气化反应特性。??２８００?ｒ??—Ｔ??２６００?－?—??２４。。：??￥?２２００??２０００?－?丄??１８００?－??Ｉ?．?Ｉ?．?Ｉ?．?Ｉ?．?Ｉ?．??０．２?０．３?０．４?０．５?０．６??丫〇２??图２－３模拟结果与文献结果对比图１３８１??Ｆｉｇ．?２－３?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｒｅｓｕｌｔｓ?ａｎｄ?ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ?ｒｅｓｕｌｔｓ１３８１??２．２颗粒间距对双颗粒模型煤焦气化反应过程的影响??１４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国煤炭资源清洁高效利用现状及对策建议[J]. 李小炯. 煤炭经济研究. 2019(01)
[2]气流床气化炉的原料反应性评价、过程强化及环境影响[J]. 黄于益,梁鼎成,解强. 洁净煤技术. 2019(01)
[3]高温过程对气化炉内颗粒物形态结构演变的影响[J]. 张志清,郭庆华,黄宇宸,卫俊涛,龚岩,于广锁. 中国电机工程学报. 2018(24)
[4]O2/N2高温气氛下单颗粒煤焦反应行为特性数值模拟[J]. 薛志村,郭庆华,龚岩,于广锁. 中国电机工程学报. 2017(20)
[5]Thermophoresis effects on gas-particle phases flow behaviors in entrained flow coal gasifier using Eulerian model[J]. Chao Dai,Fan Gu. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2017(06)
[6]水煤浆制备与应用技术及发展展望[J]. 段清兵,张胜局,段静. 煤炭科学技术. 2017(01)
[7]我国煤炭需求、探查潜力与高效利用分析[J]. 滕吉文,乔勇虎,宋鹏汉. 地球物理学报. 2016(12)
[8]中国煤炭清洁高效利用的实践与展望[J]. 张绍强. 科技导报. 2016(17)
[9]现代煤气化技术发展趋势及应用综述[J]. 汪寿建. 化工进展. 2016(03)
[10]我国煤炭工业节能减排技术现状及发展思考[J]. 何波. 能源研究与信息. 2015(04)
硕士论文
[1]水煤浆气化炉内气化过程数值模拟和分析[D]. 袁丹丹.武汉科技大学 2016
[2]单颗粒煤焦在O2/CO2与O2/H2O气氛下燃烧特性的实验与模拟研究[D]. 吕雷生.华中科技大学 2014
本文编号：3605072
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