煤氣化及高溫顯熱回收設(shè)備的數(shù)值模擬及系統(tǒng)優(yōu)化.pdf

1、我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展導(dǎo)致對(duì)煤炭、石油、天然氣等一次性化石能源的消費(fèi)量逐年增加，其中煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中占比最大，而大量的煤炭直接用于燃燒排放出有害氣體SO2，NOx對(duì)環(huán)境造成巨大污染，生成的CO2對(duì)溫室效應(yīng)的影響也日益嚴(yán)重。在這種大背景下，煤氣化作為煤炭清潔利用的核心技術(shù)開始重新受到關(guān)注，成為IGCC電站，合成氨和甲醇等新型煤基化工的源頭技術(shù)。煤氣化能有效地減少SO2，NOx和PM2.5的排放量，提高煤炭的附加值，在當(dāng)前煤炭價(jià)格持續(xù)低迷的

2、形勢(shì)下更加顯示出良好的經(jīng)濟(jì)效益。但是目前煤氣化技術(shù)在工業(yè)運(yùn)行時(shí)并不穩(wěn)定，氣化爐和輻射廢熱鍋爐故障多發(fā)，所以有必要對(duì)氣化爐和輻射廢熱鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行深入研究。
　　本文針對(duì)德士古（Texaco）氣化爐，輻射廢熱鍋爐及二者所組成的煤氣化系統(tǒng)，采用數(shù)值模擬方法進(jìn)行研究，首先分析氣化爐在氣化時(shí)流場、溫度場及合成氣的分布情況，同時(shí)著重分析比較組分輸運(yùn)法和（概率密度函數(shù)法）PDF法在模擬 Texaco水煤漿氣化時(shí)有效氣分布的異同；其次研究輻射廢鍋

3、爐穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)溫度場、流場的分布以及灰渣顆粒對(duì)輻射換熱的影響，分析水封蒸發(fā)對(duì)溫度場的影響；最后采用流程模擬軟件Aspen Plus分析Texaco氣化爐物流參數(shù)如氧煤比，水煤漿濃度對(duì)合成氣的影響，計(jì)算輻射廢熱鍋爐和對(duì)流廢熱鍋爐在不同條件下的熱負(fù)荷，優(yōu)化其高壓省煤器的給水量。
　　研究表明，Texaco氣化爐在氣化時(shí)內(nèi)部存在射流管流和回流等三種不同的流動(dòng)狀態(tài)，而燃燒和氣化則主要發(fā)生在射流區(qū)和回流區(qū)；采用組分輸運(yùn)法模擬發(fā)現(xiàn)氣化爐穩(wěn)態(tài)工作

4、時(shí)射流區(qū)內(nèi)火焰的溫度高達(dá)3600 K，其他區(qū)域溫度保持恒定，約為1700 K，出口有效氣CO和H2的摩爾組分含量值為32.66％和22.65%，碳磚轉(zhuǎn)化率為93.07%，冷煤氣效率為75.21%，對(duì)系統(tǒng)研究同時(shí)表明最佳氧煤比為0.75左右，水煤漿濃度不宜過大，一般在62%左右；對(duì)輻射廢熱鍋爐的研究結(jié)果表明其內(nèi)筒中存在射流區(qū)和回流區(qū)，回流區(qū)的高度約為2.7 m，外筒和膨脹層中也存在大量的回流區(qū)；灰渣與輻射廢鍋水冷壁之間的輻射換熱量為2.4