【摘要】：Shell氣流床煤氣化技術(shù)因煤種適應(yīng)性廣、煤炭轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)點(diǎn)在國內(nèi)廣受關(guān)注,但其運(yùn)行中也存在一些問題,如煤線不穩(wěn)引起煤粉進(jìn)料量波動、氣化爐內(nèi)局部過熱致使噴嘴燒壞、合成氣中夾帶飛灰造成換熱器磨損或輸氣管路堵塞等,這些因素都可能導(dǎo)致非計(jì)劃停車等。掌握氣化爐內(nèi)關(guān)鍵變量的分布規(guī)律對上述問題的合理解決方案及改善Shell粉煤氣化爐的氣化性能具有重要意義。為此本文針對氣化爐內(nèi)關(guān)鍵變量分布規(guī)律的探索主要開展了以下工作:首先建立了某工業(yè)級Shell氣流床粉煤氣化過程的系統(tǒng)模型,氣化核心區(qū)域采用三維CFD模型描述、粗合成氣后處理工段使用數(shù)學(xué)模型表達(dá),并將模型求解結(jié)果和工業(yè)測量值進(jìn)行對比,比對結(jié)果表明所建立的系統(tǒng)模型能很好地描述工業(yè)級的Shell氣流床粉煤氣化過程,且該模型具有較高精度。然后在上述工作的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)地分析并總結(jié)了氣化核心區(qū)域CFD數(shù)值模擬結(jié)果,發(fā)現(xiàn)經(jīng)噴嘴射入的物料在氣化爐下部中心區(qū)域互相碰撞卷吸形成了強(qiáng)烈的旋渦,此旋渦強(qiáng)化了反應(yīng)器內(nèi)的氣固混合和傳熱,且旋渦位置對氣化爐的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行有較大影響。進(jìn)而探討進(jìn)料量波動導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)流場溫度場的變化規(guī)律,假設(shè)進(jìn)料量波動的極限即氣化爐某個(gè)噴嘴因故障停止進(jìn)料的情況,分析了三種非常規(guī)操作工況(Case 1:三個(gè)噴嘴的煤量不變且總進(jìn)料量為原來的3/4;Case2:三個(gè)噴嘴中的兩個(gè)對置噴嘴均分故障噴嘴的煤量;Case3:三個(gè)噴嘴均分故障噴嘴的煤量)時(shí)流場分布規(guī)律,得出Case 1相對穩(wěn)定。為改善流場結(jié)構(gòu)、提升Shell氣流床煤氣化性能,對噴嘴偏置角和載氣及氧氣進(jìn)料量進(jìn)行了優(yōu)化,得出5.0°偏置角、氧煤比0.9、載氣煤比0.35為最佳選擇。最后初步探索了氣化爐出口飛灰量的影響因素,對工業(yè)級Shell氣化爐上端縮口夾角進(jìn)行調(diào)整,得出縮口夾角為115.5°有利于降低合成氣夾帶飛灰量。
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ546
【圖文】：

天然氣消費(fèi)總量（萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤）＿水電、核電、風(fēng)電消費(fèi)總量（萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤）逡逑＋能源消費(fèi)總量（萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤）逡逑圖１－１近１０年我國一次能源消費(fèi)總量及構(gòu)成變化趨勢逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｔｏｔａｌ邋ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｐｒｉｍａｒｙ邋ｅｎｅｒｇｙ邋ｉｎ邋Ｃｈｉｎａ邋ｏｖｅｒ逡逑ｔｈｅ邋ｌａｓｔ邋１０邋ｙｅａｒｓ逡逑煤炭消費(fèi)占比，邐ｕｉｉｉｉｉ逡逑６２％，：逡逑、ａ邋遵風(fēng)電~T：占比，．灥＞／ｃ逡逑圖１－２邋２０１６年我國一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｐｒｉｍａｒｙ邋ｅｎｅｒｇｙ邋ｉｎ邋Ｃｈｉｎａ邋ｉｎ邋２０１６逡逑１．２煤氣化技術(shù)概述逡逑煤氣化是煤化工領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，為此本節(jié)首先簡要介紹煤氣化技術(shù)，逡逑然后概述了典型氣流床煤氣化技術(shù)特點(diǎn)，最后詳細(xì)描述了邋Ｓｈｅｌｌ粉煤氣化技術(shù)。逡逑２逡逑

２．１研究對象幾何建模及網(wǎng)格劃分逡逑本文以工業(yè)級Ｓｈｅｌｌ粉煤氣化工藝流程為研宄對象，其核心設(shè)備Ｓｈｅｌｌ氣化逡逑爐的幾何結(jié)構(gòu)如圖２－１所示。爐體總高度為８．８０ｍ，直徑為２．９６ｍ，氣化爐上部逡逑至激冷縮口邋？１．１９ｍ，下部至排渣口邋￥０．９５ｍ，四個(gè)陣列分布的噴嘴均勻布置在氣逡逑化爐下部的一個(gè)平面周圍，該平面距離爐渣出口面２．０６ｍ邋（圖中未標(biāo)出）。從氣化逡逑爐俯視圖中可以看出，噴嘴在平面內(nèi)的位置并非軸對稱關(guān)系，而是有一個(gè)旋轉(zhuǎn)角逡逑度，稱為偏置角，圖中噴嘴偏置角為４．５°。氣化爐軸向不同位置速度梯度和溫度逡逑梯度差別較大，為了真實(shí)模擬出爐內(nèi)流場和溫度場，將整個(gè)氣化爐沿高度方向分逡逑為１０個(gè)區(qū)域，各區(qū)域尺寸如表２－１所示。Ｓｈｅｌｌ氣化爐在實(shí)際運(yùn)行過程中，粗合逡逑成氣離開爐體上端縮口會進(jìn)入激冷流程，該部分溫度、壓力等條件不同于氣化爐逡逑內(nèi)部

六面體網(wǎng)格能用更少的節(jié)點(diǎn)獲得高精度的結(jié)果，為了避免四面體網(wǎng)格所造逡逑成的偽擴(kuò)散，本文對氣化爐主體區(qū)域采用六面體網(wǎng)格劃分。噴嘴附近存在較大的逡逑溫度梯度和速度梯度，因此對表２－１中的６、７和８號區(qū)域（如圖２－１所示）進(jìn)行逡逑網(wǎng)格加密，以便捕捉氣化爐內(nèi)部更多細(xì)節(jié)信息。綜合考慮網(wǎng)格獨(dú)立性、數(shù)值結(jié)果逡逑準(zhǔn)確性及計(jì)算資源消耗等因素，最終確定網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)１３３６３４４、表面四邊形網(wǎng)格逡逑數(shù)６２９９４、六面體網(wǎng)格數(shù)１３０４４３６。氣化核心區(qū)網(wǎng)格及噴嘴附近網(wǎng)格局部放大如逡逑圖２－２所示，從圖中可以看出全部網(wǎng)格質(zhì)量大于０．４，符合復(fù)雜系統(tǒng)網(wǎng)格質(zhì)量不逡逑小于０．３的精度要求［３１］。逡逑１６逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 楊志偉;氣流床氣化爐動態(tài)仿真模型研究[D];清華大學(xué);2014年

2 李超;氣流床氣化爐內(nèi)顆粒流動模擬及分區(qū)模型研究[D];華東理工大學(xué);2013年

本文編號：2797686