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煤粉旋风气化过程的数值模拟

石旭  
【摘要】:世界经济的不断发展,使得能源消耗日益增长。煤炭作为化石燃料最重要的组成之一,一直是能源领域的关注焦点。为应对日趋紧张的国际能源关系以及有效的利用我国现有能源,我们急需开发一种新的煤炭清洁燃烧技术。煤气化技术作为煤炭清洁高效利用的核心技术日渐成为煤炭燃烧技术领域的研究热点并得到了快速发展。 本文针对现有气化技术中气化烧嘴寿命短,耐火衬里易烧损的特点提出一种新型旋风煤粉气化炉。在本文气化炉中,煤粉和水蒸汽分别从气化炉顶部的煤粉喷嘴和其外围的环形喷嘴喷入炉内;氧化剂通过布置在气化炉四周的氧化剂喷嘴切向喷入炉内;合成气和液态渣分别从底部的合成气出口与排渣口排出气化炉。为进一步研究煤粉旋风气化炉氧化剂喷嘴的相对高度及角度的变化对气化炉性能的影响,作者基于FLUENT软件建立了旋风气化炉模型,并重点考查了当气化炉氧化剂喷嘴结构改变时,气化炉冷态流场的气固两相混合特性以及热态运行时的碳转化率,冷煤气效率等性能指标。 气化炉冷态及热态结果表明:气化炉喷嘴的位置及角度决定了气化炉内湍流强度的高低、滞止区面积的大小以及气固两相混合程度的好坏;气化炉顶部回流区颗粒的回流量和中心混合区的颗粒剩余量直接影响气化炉的碳转化率;气化炉的平均温度和出口温度主要由吸热的气化还原反应强弱来决定;碳转化率越高,冷煤气效率越高,气化性能越好。结果说明,旋风气化技术应用于煤气化领域是可行的,本文能够得出这样一种优化的旋风气化炉结构。


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