工业燃气增压粉煤气流床气化炉数值模拟.pdf

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1、第36卷第2期煤炭转化Vo1．36No．22013年4月C0ALC0NVERS10NApr．2013工业燃气增压粉煤气流床气化炉数值模拟杨晋芳D陈亚飞肖翠微。摘要对制工业燃气的新型增压气流床气化炉气化过程采用三维数值模拟研究，建立可靠的数学模型，预测了气流床气化炉内的流场分布、温度分布以及气体成分分布，并对模拟结果进行了分析．结果表明，炉内流场能够合理地反映气化炉内的反应趋势及进程；该炉型结构能够使炉内温度场均匀，平均温度水平上升；出口气体成分的模拟值与文献值吻合良好．关键词气化炉，数值模拟，工业燃气中图分类号TQ545，TQ018度场的分布，

2、进而深入研究其气化机理，本研究建0引言立了新型煤粉气化炉物理和数学模型，对该气化目前我国工业窑炉的燃料以煤、重油、天然气和炉炉膛进行了数值模拟计算，并对结果进行了验煤气发生炉生产的煤气为主．使用燃煤的玻璃窑炉证与分析．污染大、规模小，正面临被淘汰或转换燃料的困境；1气化炉概况重油价格贵、含硫量高，使用及烟气脱硫费用昂贵；天然气价格昂贵且经常限供，而使用煤气发生炉生产1．1气化炉的物理模型煤气折合等热值天然气能够节约成本1．5元／m3～本研究数值模拟的对象为气化炉三维空间，图2元／m。，因此煤制气作为天然气的替代和补充是必1a为气化炉二维结构简图

3、．N携带压缩后的干煤然选择；煤气发生炉热值低，不能满足炉窑生产的要粉与气化剂纯氧和水蒸气，由上置单喷嘴喷入气化求，目前只能采用热煤气来满足生产，且煤气成分复炉炉膛(炉膛内衬耐火砖)，在炉膛内完成部分燃烧杂，有较高含量的焦油、酚类以及灰尘等，煤气净化与气化反应，气化反应最终生成的合成气与液态灰产生难以处理的工业废水，严重污染环境，热煤气不渣向下由炉膛底部出口并流排出．气化炉喷嘴为三具备脱硫条件，环保与经济压力很大，也即将被淘通道，中心通道和外通道走氧气和水蒸气，环隙通道汰．因此，亟需经济环保的工业燃气取代传统的工业走干煤粉．中心通道氧气和水蒸气量

4、占总量的20窑炉燃料．干煤粉气流床气化炉煤种适用性广，碳转左右，外通道氧气和水蒸气量约占总量的80左右化率高，转化出的工业燃气高效清洁、成分简单和含(见图1b)．尘量低(甚至可满足化工生产的需要)，且没有焦油和酚等大分子碳氢化合物的存在．El,Z]因而干煤粉气流床气化炉是目前制工业燃气的较佳选择．市场上干煤粉气流床气化技术的大型化设备已比较成熟，但中小型的气流床气化设备市场目前还是空白，因此亟待研究开发处理能力为200t／d～500t／d的气流床气化炉．本研究综合国内外先进于煤粉气流床气化炉的结构特点，提出了处理能力为200t／d图1气化炉及其

5、喷嘴结构简图新型干煤粉气流床气化炉．对于这种新型气化炉的Fig．1Structureofgasifierandnozzle研究，数值模拟研究是一种有效的分析手段．_3为了a——Tw0一dimensionalstructurediagramforgasifier解新型干煤粉气化炉炉内流场、温度场以及组分浓b——Planviewofnozzlestructure1)硕士生；2)博士、研究员；3)博士、高级工程师，煤炭科学研究总院节能工程技术研究分院，煤炭资源开采与环境保护国家重点实验室，国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室，100013

6、北京收稿日期：2012一l1—19；修回日期：2012—12—25第2期杨晋芳等工业燃气增压粉煤气流床气化炉数值模拟1．2气化炉的操作条件及运行参数气化炉给煤量为200t／d，气化操作压力为1MPa，气化用煤为神府煤，其工业分析和元素分析见表1．煤粉颗粒粒径采用工业磨煤机出口粒径图3计算网格0．044mm～O．9mm，粒度分布见表2．Fig．3Simulationgrid表1煤质分析数据Table1Propertiesanalysisofcoal2数值模拟Proximateanalysis／，adQnad／Ultimateanalysis／：：

7、旦2．1数学模型．967．2930．1756．5828．2670．373．83l1．130．810．61气流床气化炉内部的流动是复杂的多相湍流反表2煤粉颗粒粒径分布Table2Sizedistributionoftheparticles应流，包括一系列物理和化学过程，涵括了流体的流动、传热与传质、组分间的化学反应以及它们之间的Particalsize(dp)／mRateofaccumulation(Ya)0．70相互耦合作用．0．55为满足气流床气化炉内煤粉气流高速喷射所产O．45生的烟气旋流、回流弯曲特征，本文采用对于模拟旋0．10转流动效果

8、较好的Realizablek-e模型E；采用两步0．02竞争反应速率模型[5](twocompetingratesmode1)假定煤粉颗粒粒径符合Ro