IGCC系統(tǒng)中氣化爐的流場模擬及研究.pdf

1、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)技術(shù)是石油危機時期興起的新型煤發(fā)電技術(shù)，可以很好的解決困擾全世界的能源與環(huán)境污染問題。但建立IGCC電廠投資費用巨大，并且有些技術(shù)尤其是煤的氣化與凈化技術(shù)仍處于發(fā)展中，CO2捕獲與封存技術(shù)更是還處于研究開發(fā)中。煤氣化技術(shù)是IGCC系統(tǒng)中至關(guān)重要的，其核心設(shè)備便是氣化爐。為了降低投資成本、提高發(fā)電效率，開發(fā)更大容量、更好性能的氣化爐是勢在必行的，對爐內(nèi)流場分布、物質(zhì)濃度分布以及傳熱過程等進行研究有助于這些問題

2、的解決。
　　本論文利用計算機仿真軟件對煤氣化技術(shù)的核心設(shè)備進行了數(shù)值模擬計算。采用Pro/e軟件建立氣化爐反應(yīng)室、輻射廢鍋以及廢鍋內(nèi)水冷壁管的三維固體模型，利用專業(yè)CFD/CAE前處理軟件ICEMCFD對所建立模型進行了網(wǎng)格的劃分，并應(yīng)用商業(yè)CFD軟件ANSYSCFX進行了以下工作。
　　首先，采用k-epsilon雙方程湍流模型對氣化爐反應(yīng)室進行了不同進口流速工況和不同氣化爐尺寸的冷流模擬，考察進口流速與氣化爐尺寸對爐內(nèi)

3、流場的影響。計算得到每種工況下爐內(nèi)流場的分布，得出文中模擬模型的最佳進口工況為燃料噴口和氧化劑噴口采用不同進氣流速;模擬得到不同高度和不同直徑時氣化爐內(nèi)的流場，確定出了適宜的氣化爐尺寸。
　　其次，采用渦耗散(EddyDissipation)燃燒模型與P1輻射模型對氣化爐內(nèi)天然氣和柴油點火燃燒過程進行了數(shù)值仿真模擬。分別得到兩種燃料燃燒時爐內(nèi)火焰的大致位置、中心火焰的最高溫度、爐內(nèi)溫度分布、輻射強度以及流場的分布，反應(yīng)物天然氣、油

4、和氧氣以及生成物CO2和H2O等的濃度分布。通過點火模擬驗證了先用天然氣可以升高爐內(nèi)溫度到預(yù)期值，再用油繼續(xù)將爐內(nèi)溫度升高到目標投料溫度。
　　最后，采用k-epsilon湍流模型和P1輻射模型對氣化爐輻射廢鍋及其水冷壁管內(nèi)的流動與傳熱過程進行了數(shù)值模擬。計算得到廢鍋內(nèi)筒和環(huán)隙內(nèi)合成氣的流動情況，以及整個廢鍋內(nèi)的流場、溫度場、輻射強度與濃度的分布情況;模擬得到了水冷壁管內(nèi)冷卻水在分布總管、收集總管以及整個冷卻管內(nèi)的流場與溫度分布情