【摘要】：粉煤氣化技術(shù)在化工生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。粉煤氣化爐作為粉煤氣化技術(shù)的核心裝備,其性能是粉煤氣化技術(shù)成功的關(guān)鍵,因此對氣化爐的流場和氣化性能進行研究具有重要意義。本文采用Fluent計算軟件,對包含雙通道噴嘴的典型粉煤氣化爐進行了三維冷態(tài)和熱態(tài)的數(shù)值模擬,主要結(jié)論為:(1)氣相湍流采用Realizable k-ε模型,離散相煤粒采用DPM模型,對氣化爐進行三維冷態(tài)數(shù)值模擬。模擬得出,煤粒軌跡受氣相流場影響顯著。煤粒的平均停留時間為5.55s,最小停留時間為2.39s,標準差為2.81s。中心進口速度、外環(huán)進口速度增大使爐內(nèi)平均湍動能及平均湍流強度增大,但煤粒的平均停留時間、最小停留時間和標準差減小。僅增大外環(huán)進口速度,使中心軸線上湍流強度和湍動能最大值減小,且最大值位置從距離進口0.15m處推移到0.30m。(2)針對復雜的煤氣化反應(yīng),建立了簡化煤氣化反應(yīng)機理。通過采用簡化煤氣化反應(yīng)機理,氣相化學反應(yīng)采用有限速率/渦耗散模型,異相化學反應(yīng)采用多表面反應(yīng)模型,離散相煤粒采用DPM模型,對氣化爐進行三維熱態(tài)數(shù)值模擬。通過考核,發(fā)現(xiàn)采用Realizable k-ε湍流模型,two competing rates脫揮發(fā)分模型和簡化揮發(fā)分成分處理方法的模擬值與實驗值吻合,模擬值相對實驗值的CO、H_2、CO_2、H_2O摩爾分數(shù)和碳轉(zhuǎn)化率的誤差分別為9.65%、-4.62%、-6.25%、-1.11%和0.99%。氣化爐射流頂端和外圍溫度較高,最高溫度約為2400K,射流中心區(qū)溫度最低。氣化爐射流區(qū)和回流區(qū)中的CO_2和H_2O摩爾分數(shù)較高,而有效氣體CO和H_2的摩爾分數(shù)較低。在距離噴嘴1.5m處,各組分摩爾分數(shù)接近穩(wěn)定,其中出口處CO摩爾分數(shù)為0.322,H_2摩爾分數(shù)為0.17,CO_2摩爾分數(shù)為0.159,H_2O摩爾分數(shù)為0.259,有效氣(CO+H_2)摩爾分數(shù)為0.492。煤粒在射流區(qū)和回流區(qū)較為密集,煤粒的平均停留時間為0.79s,最小停留時間為0.30s,標準差為0.52s,碳轉(zhuǎn)化率為82.81%。(3)隨著氧煤比增大,氣化爐出口有效氣(CO+H_2)摩爾分數(shù)降低,而碳轉(zhuǎn)化率先增大后減小,碳轉(zhuǎn)化率在氧煤比為1.0時最大,為84.3%,此時,出口有效氣摩爾分數(shù)為0.456。增大汽煤比、負荷比和煤粒直徑,氣化爐出口有效氣摩爾分數(shù)和碳轉(zhuǎn)化率降低。當CO_2替代N2作為載氣,氣化爐出口有效氣摩爾分數(shù)提升2%左右。氣化劑配比中CO_2質(zhì)量分數(shù)增大,出口有效氣摩爾分數(shù)增大,碳轉(zhuǎn)化率先增大后減小,在CO_2質(zhì)量分數(shù)為40%時最佳。(4)綜合考慮出口有效氣(CO+H_2)摩爾分數(shù)和碳轉(zhuǎn)化率,選擇氣化爐最佳的軸向擴展長徑比為8.85。徑向擴展長徑比從9.85減小到5.85,碳轉(zhuǎn)化率從77.4%增大到94.4%,出口有效氣摩爾分數(shù)從0.461增大到0.567。
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ545

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本文編號：2642955