恩德粉煤气化炉炉内气固两相流动特性研究

作     者：高禄山 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈智超

授予年度：2018年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：恩德粉煤气化炉 数值模拟 气固两相流 

摘      要：恩德粉煤气化技术作为流化床气化技术的一种,因其具有气化能力强、煤种适应性宽、运行稳定等特点,被广泛应用于中小型化工企业。流化床内气固两相流动过程比较复杂,而且对气固两相传热传质、颗粒燃烧效率等有很大影响,因此研究炉内气固两相流动对于全面了解恩德粉煤气化技术具有实际指导意义。本文针对某化工厂单台制气量为20000Nm3/h的恩德粉煤气化炉作为研究对象,搭建1:15气固两相模化试验台,利用PV6-D对不同喷嘴结构进行测量,试验结果表明:变结构的炉内流场分布更加均匀。在此基础上,利用Fluent软件对不同结构试验台进行气固两相流动特性数值模拟研究,为工业运行提供理论指导。(1)对于原结构模化试验台,研究了喷嘴风速和初始料层高度对炉内气固两相的速度场和浓度场的影响。数值模拟结果表明:该炉内径向流动结构为喷动区的低浓度颗粒上行流和环隙区的高浓度颗粒下行流共存的环-核结构。喷嘴气化剂速度由60m/s增大到90m/s,喷动区的颗粒轴向速度增量比环隙区的颗粒轴向速度增量变化明显;气相和颗粒切向速度增大,喷动区颗粒体积浓度维持在0.05m3/m3附近;环隙区颗粒体积浓度变化较大(0.55-0.41m3/m3)。增大喷嘴气化剂速度,加快了颗粒在炉膛内流动速率。初始料层高度由90mm增大到120mm,喷动区和环隙区颗粒轴向速度减小;气相和颗粒切向速度减小;颗粒体积浓度在喷动区变化较小(0.07-0.1m3/m3),在环隙区变化较大(0.51-0.57 m3/m3);喷动区变窄,环隙区变宽。增大初始料层高度,抑制了颗粒在炉膛内流动速率。(2)对于变结构模化试验台,将喷嘴结构改为呈60o均匀布置,研究了喷嘴气化剂速度、初始料层高度和颗粒直径对炉内气固两相的速度场和浓度场的影响。数值模拟结果表明:变喷嘴结构的恩德炉是一种多喷嘴喷动床。该炉内径向流动结构为喷动区的低浓度颗粒上行流和环隙区的高浓度颗粒下行流共存的环-核结构。与原结构相比,变结构颗粒轴向速度在喷动区相对较高,在环隙区相差不大,加快颗粒流动;喷动区变宽,环隙区变窄,更多的颗粒被气体带走。改变喷嘴气化剂速度和初始料层高度对变结构气固两相流动特性的影响趋势一致,但是幅度不一致。颗粒直径由1mm增大到3mm,喷动区的颗粒轴向速度由2.48m/s减小到1.57m/s,环隙区的颗粒轴向速度没有太大变化;颗粒体积浓度逐渐增大;喷动区变窄,环隙区变宽。增大颗粒直径,抑制了颗粒在炉膛内流动速率。