灰熔聚流化床氣化爐內(nèi)氣固混合特性的研究.pdf

1、灰熔聚流化床氣化爐內(nèi)的氣固混合特性不僅反映了床內(nèi)氣體和固體顆粒的軸向、徑向運動及傳遞特性，而且也是床內(nèi)傳熱、傳質(zhì)機理的關鍵，對于提高灰熔聚流化床氣化爐效率，提高碳轉化率有著重要意義。然而迄今為止，人們對床內(nèi)的氣固混合特性還缺乏較為系統(tǒng)的研究，導致其在大型工業(yè)化應用上仍然存在很多制約。本文基于歐拉雙流體模型，結合顆粒動力學理論，利用商用CFD軟件FLUENT對某公司現(xiàn)運行的灰熔聚流化床氣化爐內(nèi)的氣固混合特性進行了數(shù)值模擬。
　　

2、論文模擬了氣化爐內(nèi)顆粒粒徑為2mm，靜止床高分別為4.5、3.6、2.7m以及顆粒粒徑為1mm，靜止床高為3.6m的氣固混合特性。主要以圖解的方式展示了不同噴動氣速、流化氣速下爐內(nèi)的顆粒體積濃度分布以及某些典型工況下的流場分布、壓力分布。模擬得出了不同噴動氣速、流化氣速配比下爐內(nèi)呈現(xiàn)的噴動、內(nèi)部射流、鼓泡射流流化、騰涌射流流化以及柱塞流的流動結構。結果表明，在前三種流動結構下，爐內(nèi)顆粒沿中心軸線向上運動且隨上行高度的增加速度逐漸減小，在

3、邊壁附近向下運動且隨下行深度的增加速度逐漸增加的內(nèi)循環(huán)現(xiàn)象是顆粒混合的機制。其中，噴動結構下，氣化劑在床內(nèi)的停留時間較短；內(nèi)部射流結構下，周邊環(huán)形區(qū)顆粒體積濃度較高；鼓泡射流流化結構存在中心射流區(qū)、周邊環(huán)形區(qū)，且周邊環(huán)形區(qū)的氣固混合相對較均勻，能使攜帶熱量的煤顆粒存在橫向和縱向的運動，混合加強并與環(huán)形區(qū)進行質(zhì)量和能量交換，有利于氣化反應的充分進行，提高煤氣化的質(zhì)量和效率。
　　 本文通過對不同噴動氣速、流化氣速下的模擬計算結果進

4、行相互比較和分析，最終總結出了這兩個參數(shù)的改變對爐內(nèi)氣固混合特性的影響：隨著噴動氣速的增加，爐內(nèi)氣固流動結構由內(nèi)部射流向噴動或騰涌射流流化轉變，床內(nèi)壓降減小，在減小過程中存在拐點；隨著流化氣速的增加，爐內(nèi)氣固流動結構由噴動經(jīng)歷了鼓泡射流流化逐漸向流化或騰涌射流流化轉變，床內(nèi)壓降增加，但增加幅度越來越小。兩者的增加均能提高顆粒軸向、徑向速度，使床內(nèi)平均空隙率增加。
　　 在以上結論的基礎上找到不同靜止床高、不同顆粒粒徑情況下適合某

5、公司灰熔聚氣化爐冷態(tài)運行的最佳速度參數(shù)配比：顆粒粒徑為2mm、流化氣速分別為10、15、20m/s，靜止床高為4.5m時，對應的最佳噴動氣速分別為30、30、35m/s左右；靜止床高為3.6m時，對應最佳噴動氣速分別為25、30、30m/s左右；靜止床高為2.7m時，對應的最佳噴動氣速分別為20、25、25m/s左右。結果表明：一定的流化氣速，存在一定的最佳噴動氣速，使爐內(nèi)呈現(xiàn)鼓泡射流流化結構，這一結論不會隨靜止床高的變化而改變，但相應

6、的最佳噴動氣速隨靜止床高的降低而減小，氣固混合質(zhì)量隨靜止床高的降低而提高。當顆粒粒徑為1mm，靜止床高為3.6m，流化氣速為10m/s時，最佳噴動氣速為20m/s左右；當流化氣速增加到15m/s時，隨噴動氣速的增大，床內(nèi)的流動結構由流化床向騰涌射流流化轉變，不存在適合ICC氣化爐的鼓泡射流流化結構。但由于顆粒粒徑較小，床內(nèi)的流化效果較好，與大顆粒在一定氣速配比下呈現(xiàn)的流化床的流化效果相比，氣固混合更加均勻。以上結論可為預測實際裝置性能，