煤氣化技術(shù)是煤炭高效清潔利用的有效途徑之一,其中固定床煤氣化技術(shù)以其基建和運行成本低的特點在我國被廣泛使用。然而,由于我國50%以上的煤種具有高灰熔點(1400℃)的特點,造成氣化爐在排渣口處經(jīng)常因灰渣冷凝而發(fā)生堵渣,影響其穩(wěn)定順行。近年,一種能夠利用高灰熔點煤的新型固定床熔渣煤氣化爐被提出,為了獲得優(yōu)化的操作條件和設(shè)計參數(shù),有必要對其氣化過程進(jìn)行研究。本文以固定床熔渣煤氣化爐為研究對象,建立了解析氣化過程動量、熱量、質(zhì)量傳輸行為的三維歐拉雙流體模型。探討了高度湍流區(qū)邊界的定義方法,開發(fā)了煤顆粒粒徑變化的子模型,考察了工藝條件(包括煤顆粒粒徑、床層填充高度、氣化劑入爐速度、氣化劑噴嘴直徑和氧/氣比)對氣化劑噴嘴前端形成的高度湍流區(qū)形狀與尺寸、排渣口固相出流質(zhì)量流量、爐內(nèi)氣固兩相溫度場和氣相組分分布的影響,研究結(jié)果如下。采用固相體積分?jǐn)?shù)與Reynolds數(shù)相結(jié)合的方法定義了氣化劑噴嘴前端所形成的高度湍流區(qū)邊界。依據(jù)煤顆粒原始尺寸和最終尺寸,開發(fā)出了煤顆粒粒徑沿氣化爐軸向線性變化的可變煤粒徑子模型。高度湍流區(qū)的尺寸與氣化爐內(nèi)煤顆粒粒徑大小密切相關(guān),采用單一粒徑進(jìn)行模擬時,高度湍流區(qū)的尺寸無明顯變化;而當(dāng)采用煤顆粒粒徑沿氣化爐軸向線性變化進(jìn)行模擬時,高度湍流區(qū)尺寸隨粒徑減小而增大。煤層填充高度對高度湍流區(qū)影響較小,隨著煤層填充高度的降低,高度湍流區(qū)尺寸略有增加,建議煤層填充高度以2m為宜。采用1.9mm噴嘴直徑時,氣化劑速度對高度湍流區(qū)的形狀和大小無明顯影響;采用4mm噴嘴內(nèi)徑時,當(dāng)氣化劑速度由150m/s增大到200m/s時,所形成的高度湍流區(qū)尺寸較大且形狀穩(wěn)定,深度分別可達(dá)130mm和160mm,但氣速增大至250m/s時,煤層失去穩(wěn)定性,同時出現(xiàn)騰涌現(xiàn)象。采用4mm噴嘴直徑時,排渣口固相出流質(zhì)量流量隨煤顆粒粒徑的增大而減小;隨氣化劑速度的增加而增加,當(dāng)氣速為250m/s時,該值達(dá)到最大。氣化爐內(nèi)燃燒反應(yīng)主要集中在Z=0～0.5m區(qū)域內(nèi),0.5m以上為熱交換區(qū)域,燃燒帶占整個床層體積的1/6左右。氧/氣比對氣化爐的氣固兩相溫度場和氣相組分分布有明顯的影響,隨著氧/比的增加,氣固兩相溫度都有明顯增加;氣相組分中一氧化碳含量升高,氫氣含量降低。
【學(xué)位單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TQ546

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本文編號：2821959