煙氣輪機是催化裂化煙氣回收工藝中的重要設備,在節(jié)能環(huán)保等方面具有顯著作用。受上游設備(第三級旋風分離器)分離效率影響,部分小粒徑催化劑顆粒夾帶于高溫煙氣中進入煙氣輪機,造成了煙氣輪機內(nèi)壁面上催化劑顆粒的沉積結(jié)垢問題,嚴重影響了煙氣輪機正常運行。催化劑顆粒與煙機動葉的碰撞沉積過程是催化劑顆粒結(jié)垢的前提,本文對該過程展開研究,建立了碰撞過程的運動方程,并編寫C語言程序?qū)υ摲匠踢M行求解,得出了判斷催化劑顆粒沉積的臨界參數(shù)及其計算公式,評定了四種接觸理論在本文研究背景下的可行性,研究了顆粒粒徑和煙氣流量對催化劑顆粒沉積問題的影響。首先,本文對煙氣輪機中催化劑顆粒受到的曳力、科式力與慣性離心力、有效重力和靜電力進行了理論計算,四種作用力的數(shù)值量級分別為:曳力—10~(-9)~10~(-7)N,科式力與慣性離心力—10~(-11)~10~(-7)N,有效重力—10~(-14)~10~(-11)N,靜電力—10~(-22)~10~(-15)N。研究結(jié)果表明,有效重力對催化劑顆粒運動軌跡的影響十分微弱,因此本文認為凡小于該量級的作用力在數(shù)值模擬過程中均可以忽略。按照該方法進行簡化后,單次入射的催化劑顆粒從煙機入口運動到煙機出口的計算時間大約縮短了1/3。其次,對催化劑顆粒與煙機動葉的碰撞過程進行簡化、建立碰撞方程,將四種接觸理論(JKR、Hertz、BD、DMT)得到的碰撞力帶入方程中,利用數(shù)值模擬得到的運動參數(shù)對運動方程進行初始化,利用C語言編程實現(xiàn)碰撞方程的求解。通過求解方程中阻尼系數(shù)與法向恢復系數(shù)的關(guān)系得出臨界阻尼系數(shù),進而求得導致催化劑顆粒沉積的法向入射速度,將其作為臨界沉積速度。結(jié)果表明,與另外三種接觸理論相比,JKR接觸理論更適于描述本文研究對象的碰撞過程,經(jīng)計算得到催化劑顆粒與煙機動葉碰撞后的臨界沉積速度計算公式為:V_(cr)=0.616d_p~(-1.334)。最后,編寫UDF程序?qū)⑴R界沉積速度加載到FLUENT軟件中進行數(shù)值模擬,研究顆粒粒徑、煙氣流量對催化劑沉積的影響規(guī)律。結(jié)果表明,粒度范圍1μm~5μm的催化劑顆粒最容易在煙機動葉上沉積;已經(jīng)沉積的催化劑加速了煙機動葉上的沉積進程,造成惡性循環(huán);沉積情況隨煙氣流量及運行時間的增加而惡化。
【學位單位】：中國石油大學(華東)
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2016
【中圖分類】：TE624.9
【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 煙機內(nèi)催化劑結(jié)垢特點
    1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 煙氣輪機內(nèi)氣固兩相流場特性
        1.3.2 顆粒碰撞沉積模型
        1.3.3 高溫下催化劑的物理化學變化
        1.3.4 研究現(xiàn)狀總結(jié)
    1.4 研究假設
    1.5 研究內(nèi)容
    1.6 技術(shù)路線
第二章 煙機建模及氣相流場數(shù)值模擬
    2.1 幾何結(jié)構(gòu)
    2.2 網(wǎng)格劃分
    2.3 計算模型
    2.4 邊界條件
    2.5 煙機內(nèi)氣相流場分析
    2.6 本章小結(jié)
第三章 煙機內(nèi)顆粒受力問題及數(shù)值模擬
    3.1 煙機內(nèi)催化劑受力分析
        3.1.1 靜電力
        3.1.2 曳力
        3.1.3 有效重力
        3.1.4 科式力與慣性離心力
    3.2 煙機內(nèi)催化劑受力問題的理論計算
        3.2.1 計算方法
        3.2.2 計算結(jié)果及分析
    3.3 力對催化劑顆粒運動的影響
        3.3.1 科式力與慣性離心力對催化劑運動的影響
        3.3.2 有效重力對催化劑運動的影響
    3.4 煙機內(nèi)催化劑運動的數(shù)值模擬方法
        3.4.1 計算模型
        3.4.2 顆粒相設置方法
    3.5 本章小結(jié)
第四章 催化劑碰撞沉積過程的數(shù)值研究
    4.1 靜態(tài)（或準靜態(tài)）接觸理論
        4.1.1 Hertz接觸理論
        4.1.2 Mindlin-Deresiewicz接觸理論
        4.1.3 Bradley接觸理論和DMT接觸理論
        4.1.4 BD接觸理論
        4.1.5 JKR接觸理論
    4.2 催化劑顆粒與煙機動葉碰撞過程的動力學分析
        4.2.1 碰撞過程的數(shù)值求解方案
        4.2.2 計算結(jié)果分析——阻尼系數(shù)
        4.2.3 計算結(jié)果分析——臨界沉積速度
    4.3 數(shù)值求解方法可靠性驗證
    4.4 本章小結(jié)
第五章 催化劑顆粒在煙機動葉上的沉積規(guī)律
    5.1 催化劑顆粒在煙機動葉上的沉積特點
    5.2 顆粒粒徑對催化劑沉積的影響
    5.3 煙氣流量對催化劑沉積的影響
    5.4 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 全文結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間取得的學術(shù)成果
致謝

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