高壓煤氣化激冷水射流霧化蒸發(fā)特性的研究.pdf

1、第三代SHELL高溫（1500℃）高壓（4.1MPa）干煤粉氣化技術(shù)以其高轉(zhuǎn)化率得到了廣泛地應(yīng)用，但由于采用合成氣激冷，除了高昂的設(shè)備費(fèi)，腐蝕和磨損也會(huì)導(dǎo)致極高的運(yùn)行成本。采用水激冷可以降低設(shè)備投資和運(yùn)行成本，但還沒有在煤化工領(lǐng)域成功應(yīng)用的報(bào)道。本文以高溫（1500℃）高壓（4.1MPa）上行干粉煤氣化水激冷技術(shù)為背景，研究高溫高背壓條件下，射流噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)、噴射壓力、背壓和溫度對水射流蒸發(fā)霧化的特征參數(shù)，如噴嘴流量系數(shù)、擴(kuò)張角、粒徑分

2、布、速度場及穿透距離等的影響，為工業(yè)應(yīng)用提供理論和技術(shù)支撐。
　　噴嘴流量系數(shù)是噴嘴設(shè)計(jì)的一個(gè)重要參數(shù)，通過實(shí)驗(yàn)研究3支錐形進(jìn)口噴嘴的流量系數(shù)與背壓，噴射壓力以及噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系，結(jié)果表明：湍流條件下，流量系數(shù)受Re數(shù)控制，在一定背壓下，當(dāng)Re數(shù)達(dá)到第一臨界Re數(shù)時(shí)，噴嘴內(nèi)部流動(dòng)由湍流狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭昭鲃?dòng)狀態(tài)，此時(shí)噴嘴流量系數(shù)受空穴數(shù)控制；當(dāng)Re數(shù)達(dá)到第二臨界值時(shí)，噴嘴內(nèi)部流動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榉祷亓鳎藭r(shí)噴嘴流量系數(shù)保持不變；臨界空穴數(shù)

3、為噴嘴內(nèi)部流動(dòng)由湍流過度至空穴流時(shí)對應(yīng)的空穴數(shù)，其隨著背壓升高而增加。
　　本文通過數(shù)值方法研究高溫高背壓下水滴的蒸發(fā)特性，通過MIE理論研究了水滴的輻射特性，利用灰體模型計(jì)算水滴表面輻射換熱，研究環(huán)境溫度500℃-1500℃，背壓1MPa-4MPa，水滴初始直徑50μm-500μm以及不同來流速度下水滴蒸發(fā)過程，結(jié)果表明水滴的吸收系數(shù)隨著環(huán)境溫度升高而減小，隨著水滴溫度升高而減小，隨著水滴直徑增加而增加；靜止條件下一定直徑水滴蒸

4、發(fā)壽命受背壓和環(huán)境溫度競爭控制；對流條件下，水滴壽命隨著背壓升高而縮短；在考慮水滴運(yùn)動(dòng)蒸發(fā)時(shí)，水滴直徑對蒸發(fā)壽命和穿透距離起決定性作用。
　　本文選取7支不同結(jié)構(gòu)尺寸的銳邊進(jìn)口和錐形進(jìn)口噴嘴為研究對象，研究噴嘴結(jié)構(gòu)、環(huán)境壓力（氣體密度）和噴射壓力對霧化錐角的影響，利用閃光攝影法獲得噴霧圖像，通過圖像處理并利用CAD軟件進(jìn)行噴霧錐角測量，主要結(jié)論如下：銳邊進(jìn)口噴嘴在相同Re數(shù)下，在長徑比 l/d相差不大情況下，所獲得噴霧錐角要大于錐

5、形進(jìn)口噴嘴；噴霧錐角隨著Re數(shù)增加而增加；在相同Re數(shù)下，隨著環(huán)境氣體密度增加，噴霧錐角增加；噴嘴直徑對射流剛性影響較為明顯；噴霧錐角受環(huán)境密度影響要遠(yuǎn)大于噴嘴內(nèi)部空穴的影響，但在噴嘴出口附近噴嘴內(nèi)部的超空穴狀態(tài)對霧化影響是非常重要的。
　　最后對錐形進(jìn)口噴嘴霧化性能影響因素進(jìn)行研究，噴嘴直徑為1.1mm，噴嘴長度為7mm，研究背壓和噴射壓力對射流霧化的影響，利用 PIV(粒子圖像速度儀)獲得噴霧的瞬態(tài)圖像和瞬時(shí)速度，結(jié)果表明：水