20100408新型粉煤加压气化炉流场特性数值模拟01.pptVIP

新型粉煤加压气化炉流场特性数值模拟研究 Content 一、概述 二、模型校验 三、粉煤气化炉冷态流场特性分析 四、粉煤气化炉热态流场特性分析 五、气化喷嘴头部受热特性分析 六、气化炉渣层特性分析 七、总结 一 、概述 气化炉是进行燃烧和气化的场所，是气化成败和合成气质量高低的关键 。 煤粉气化是在高温、高压条件下进行，同时存在化学反应、传质和传热的极其复杂的物理化学过程的条件下进行的，这就为试验室水平的开发设计和热态试验炉的测试带来了极大的难题 。 数值模拟计算方法无疑是把握这些技术设计和开发的最好手段 。 燃烧气化过程的数值计算是以计算机为桥梁，把燃烧气化理论、试验和燃烧装置设计三者有机地结合起来，开辟用燃烧理论直接指导实验和设计工作的途径。 减少实验工作的盲目性和工作量，节约设计和试验过程中的能源、材料和人力 。 二、模型建立与校验－1、建模方法 （1）冷态流场特性分析采用了欧拉－拉格朗日方法进行非稳态的数值模拟； （2）热态流场特性分析和气化炉变工况特性分析采用了非预混模型进行数值模拟； （3）喷嘴头部受热分析采用辐射和对流换热模型进行模拟。 （4）气化炉挂渣及渣层导热分析采用基本的能量守恒、质量守恒和动量守恒的方法建立气化炉渣层模型，利用有限差分的方法对方程离散，然后编程进行非稳态计算，得到固态渣层、液态渣层的厚度和温度沿气化炉高度方向上的分布特性。 2、模型校验 粉煤加压气化数值模拟的计算机仿真技术，已经运用在水煤浆气化炉数值模拟分析中，并得到验证；同时，利用该技术在湖北双环气化炉的模拟计算上得到验证。 3 、粉煤气化炉的物理模型 气化反应的初始参数设置 三 、气化炉冷态流场特性分析 3.1 气化炉冷态流场主要特性分析 (1)煤粉气化喷嘴出口冷态流场分布特性 (2)颗粒运动轨迹 (3)气固混和特性 3.2 气化炉冷态流场数值模拟模型 采用欧拉－拉格朗日方法进行非稳态的数值模拟； 冷态流场各相速度分布特性 冷态流场各相速度分布特性 速度场分布特性_动画显示 sequence_velocity_888_.mpeg 由于炉内旋转气流形成的旋转动量力矩，使煤粉颗粒沿着螺旋上升的迹线运行。螺旋上升的运行迹线可以有效地增大煤粉颗粒在炉内的停留时间，从而达到提高碳转化率的目的。 （1）基于新型粉煤气化炉结构进行流场特性分析； 新型炉膛直径3056mm，出渣口796mm，合成气出口1192mm。 （2）冷态流场形成较为稳定的切圆，炉膛充满度较好： 颗粒相与连续相（氧化剂）存在动量交换，速度滑移运动；气化炉喷嘴与径向夹角为6°，所以在炉膛中心截面上形成了比较明显的切圆。切圆的计算直径为319.42mm，炉膛直径为3056mm，假想切圆约占炉膛直径的1/10，数值模拟的结果基本符合设计工况。 （3）炉内旋转气流形成的旋转动量力矩，使煤粉颗粒沿着螺旋上升的迹线运行： 煤粉喷入炉膛后，受到高速氧化剂的曳引、剪切和雾化，形成交叉射流后再以锥形射流的形式向炉膛中心扩散，在气化炉中心形成切圆；同时，在旋转流扭动力矩作用下沿炉膛螺旋上升。 四、气化炉热态流场特性的分析 4.1 气化炉热态条件下反应特点： (1) 煤的热裂解与挥发份的燃烧气化； (2) 固定碳与气化剂（氧气、水蒸汽）间的反应； (3) 反应生成的气体与气化剂、固定碳间的反应。 各种运行参数都将影响气化炉的运行状况，其中较为重要的参数包括：氧煤比、煤汽比和不同负荷等。不同工况条件下，生成气成分、气化炉炉温以及碳转化率都将产生较大变化 。 4.2 气化炉热态数值模拟模型 采用非预混燃烧模型，利用CFD计算软件进行模拟。 额定工况条件下气化炉温度场分布特性 热态温度场分布特性_动画显示 sequence_temper.mpeg 气化反应过程中碳与氧，碳与二氧化碳的反应进行程度可以用固定碳燃烬速率来表示 ；综合考虑反应动力学及扩散对表面反应速率的影响。采用动力学/扩散控制反应速率模型。 扩散速率常数: 动力学（化学）反应速率常数： 依据二者不同的加权值得到焦炭的燃烧速率为： 气化炉内湍流强度分析 热态条件下炉内喷嘴多组颗粒运动轨迹 气化炉热态数值模拟结果与设计值对比分析 五、喷嘴头部温度场特性分析 喷嘴受热分析数值模拟 喷嘴受热分析数值模拟 ——喷嘴头部受热分析建模 喷嘴受热分析数值模拟——额