粉煤气化过程的模拟优化与气化熔渣流动特性的研究

发布时间：2023-04-20 04:17

　　我国是一个能源消费大国,煤炭作为主要能源的趋势仍将继续。宁夏宁东能源化工基地煤炭储量丰富,以煤阶较低的长焰煤为主。本研究依托宁东基地某企业在用2000 t/d GSP粉煤气化工艺,使用数值模拟方法,对所用羊场湾(YCW)煤的气化性能、气化炉主要操作参数的优化和煤灰熔渣在气化炉直段壁面部分的流动特性进行研究。根据气化炉几何结构和尺寸数据,建立了工业规模的气化炉三维模型。根据几何模型的对称性,取炉体的1/4作为模拟计算对象,利用ICEMCFD软件划分为结构化六面体网格。使用两步竞争反应模拟粉煤脱挥发分过程,涡耗散概念模型(EDC)模拟均相湍流化学反应,随机轨道模型追踪粉煤颗粒运动轨迹,未反应缩核模型模拟焦炭非均相气化反应过程,P1模型用于辐射传热模拟,模拟得到的数据与实际生产数据相符。模拟结果显示炉内速度流场分为外回流区、旋转射流区、内回流区和管流区,沿气化炉高度(h),反应生成的H2及CO的摩尔分数逐步升至最高23.7%和67.4%,而炉内温度则先上升后下降至稳定,在h=1.2m时达最高温2238 K。在验证所选择模型正确的基础上,对喷嘴旋流数S、气化炉操作压力、煤氧质量比m(C)/m(...

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景意义
    1.2 煤气化技术研究进展
        1.2.1 气流床气化数值模拟进展
        1.2.2 煤灰渣层流动研究进展
    1.3 GSP气流床粉煤气化工艺
    1.4 本文主要研究内容
第二章 干粉煤气化过程数学模型与计算方法
    2.1 气化各阶段模型
        2.1.1 煤粉热解模型
        2.1.2 湍流模型
        2.1.3 非均相反应模型
        2.1.4 均相反应模型
    2.2 模拟对象及网格划分
        2.2.1 气化炉气化室几何模型
        2.2.2 模型网格
    2.3 控制方程与计算过程
        2.3.1 气相控制方程
        2.3.2 颗粒相控制方程
        2.3.3 计算过程
    2.4 本章小结
第三章 气化炉数值模拟及操作参数的优化
    3.1 模型的选取与结果验证
        3.1.1 反应方程及动力学参数
        3.1.2 结果验证
        3.1.3 网格独立性检查结果
    3.2 流场及反应特征
        3.2.1 煤质基础分析与进料数据
        3.2.2 旋流场
        3.2.3 冷态条件下氧气和粉煤轨迹线
        3.2.4 速度场
        3.2.5 O₂摩尔浓度分布
        3.2.6 温度场
        3.2.7 各组分摩尔浓度场
        3.2.8 各组分沿气化炉轴线分布图
    3.3 主要工艺参数的优化讨论
        3.3.1 旋流数
        3.3.2 操作压力
        3.3.3 煤氧质量比m(C)/m(O)
        3.3.4 水蒸气/氧质量比m(H₂O)/m(O₂)
    3.4 本章小结
第四章 煤灰熔渣壁面流动特性研究
    4.1 灰渣基本特性
    4.2 灰渣物性模型
        4.2.1 熔融性
        4.2.2 粘温特性
    4.3 灰渣沉积
        4.3.1 沉积判断准则
        4.3.2 气化炉直段壁面温度分布
        4.3.3 煤焦含量
        4.3.4 粉煤颗粒分布
        4.3.5 灰渣颗粒沉积分布及特点
    4.4 渣层流动特性研究
        4.4.1 渣膜流速随膜厚变化规律
        4.4.2 粘度模型的影响
        4.4.3 临界粘度温度影响
    4.5 本章小结
第五章 结论与展望
参考文献
致谢
个人简介



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