TEXACO气化炉气化过程数值模拟研究

论文摘要

水煤浆是一种最现实的煤基流体燃料,燃烧效率达9699%或更高,锅炉效率在90%左右,达到燃油等同水平。也是一种制备相对简单,便于输送储存,安全可靠,低污染的新型清洁燃料[1]。具有较好的发展与应用前景。水煤浆的气化是将一定粒度的煤颗粒及少量的添加剂在磨机中磨成可以泵送的非牛顿型流体,与氧气在加压及高温条件下不完全燃烧,制得高温合成气的技术,以其合成气质量好、碳转化率高、单炉产气能力大、三废排放少的优点一直受到国际社会的关注,我国也将水煤浆气化技术列为“六五”、“七五”、“八五”、“九五”的科技攻关项目。本文基于目前我国水煤浆气化技术的现状,以Texaco气化炉为研究对象,根据对气化炉内流动、燃烧和气化反应的特性分析,将Texaco气化炉膛分成三个模拟区域,即燃烧区、回流区和管流区,分别对各区运用质量守恒和能量守恒方程,建立了过程仿真模型。该模型考虑了气固两相流动、煤热解、辐射换热及包括均相和异相在内的气化反应过程。在模型基础上进行了动态与静态仿真,并进行参数化研究和仿真结果分析,分析不同参数下仿真结果的变化趋势。为更进一步了解气化炉内气体组分以及温度的分布情况,本文利用Fluent建立Texaco气化炉的CFD模型,采用非预混燃烧模型,考虑气固两相流动,化学反应、对流、辐射换热以及反应热。挥发份的气相湍流燃烧用混合分数法来模拟,用标准k ?ε紊流模型模拟气固两相流动,对炉内燃烧的辐射与对流换热采用P-1辐射模型。仿真结果很好的验证了本文对气化炉膛中三区模型划分的正确性,并进行参数化研究和仿真结果分析,得出结果与过程仿真结果结果吻合。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 IGCC 系统中煤炭气化技术简介
• 1.3 国内外IGCC 的技术现状
• 1.4 IGCC 系统组成及环保性
• 1.4.1 IGCC 电站的环保优势
• 1.4.2 国外IGCC 发展趋势及未来环保电厂模式
• 1.5 煤气化工艺
• 1.5.1 固定床气化
• 1.5.2 流化床气化
• 1.6 德士古气化技术
• 1.6.1 水煤浆气化技术简介
• 1.6.2 水煤浆气化技术的工艺流程
• 1.6.3 煤炭气化的经济性
• 1.7 煤气化炉气化系统的建模与模拟
• 1.7.1 气化炉建模技术的学术和实用意义
• 1.7.2 建模方法
• 1.7.3 本文的主要研究内容
• 2 TEXACO 气化炉的建模与仿真建模
• 2.1 气化炉本体系统
• 2.2 Texaco 气化炉流动情况分析
• 2.2.1 流动分区简介
• 2.2.2 化学反应模型
• 2.3 喷动区直径与喷动高度
• 2.4 本章小结
• 3 仿真模型的建立及结果分析
• 3.1 建立仿真模型
• 3.2 静态结果验证
• 3.2.1 氧碳原子比对组分、气化温度的影响
• 3.2.2 气化炉压力对出口煤气组分及温度的影响
• 3.2.3 水煤浆流量对组分及温度的影响
• 3.3 动态仿真试验及结果分析
• 3.3.1 进口水煤浆浓度的扰动对气体组分的影响
• 3.3.2 水煤浆流量的扰动对气体组分的影响
• 3.3.3 气化剂流量减少15%扰动对气体组分的影响
• 3.4 本章小结
• 4 气化炉的CFD 模拟
• 4.1 化学反应和燃烧机理
• 4.2 反应流的基本控制方程
• 4.2.1 燃烧反应模型
• 4.2.2 非预混反应模型的混合分数及输运方程
• 4.3 气化炉系统的CFD 模型
• 4.3.1 气相湍流流动模型
• 4.3.2 离散相模型
• 4.3.3 传热、传质模型计算
• 4.3.4 辐射模型
• 4.4 气化炉系统的数值模拟及设计
• 4.4.1 模拟对象
• 4.4.2 计算区域，网格模型
• 4.4.3 边界条件和计算方法
• 4.4.4 模拟结果
• 5 总结及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录