惠生-壳牌下行水激冷气化炉的数值模拟.pdfVIP

天然气化工一C1化学与化工 2017年第42卷 惠生一壳牌下行水激冷气化炉的数值模拟 田 靖，李勇斌 (惠生工程(中国)有限公司，上海2叭210) 摘要：利用计算流体力学方法对商业化运行的惠生一壳牌下行水激冷气化炉进行三维数值模拟。采用离散相模型描述气固 相流动之间的相互作用，利用随机轨道模型追踪粉煤颗粒的运动，将粉煤气化分为水分蒸发、煤热解、气气均相反应和气固非 的复杂化学反应过程；采用P．1模型描述气化炉内的辐射传热。研究结果表明：建立的计算模型合理准确，气化炉出口有效气 含量大于90％，碳转化率大于99％。 关键词：惠生一壳牌下行水激冷气化炉；计算流体力学；粉煤气化；碳转化率 中图分类号：TQ545 文献标识码：A 文章编号：1001—9219(2017)02．90舭 气流床煤气化技术具有生产能力大，碳转化率 算模型，采用DPM模型描述气固相之间的相互作 高，煤种适应性广等特点，是煤炭清洁高效利用的 用，同时考虑了煤粉颗粒的水分蒸发、挥发分析出、 先进技术，代表了大规模煤气化技术的发展方向， 其中，废锅流程的壳牌粉煤加压气化技术在中国煤 述离散相运动，该模型计算的合成气组分与根据平 化工领域应用广泛【l‘3】。为满足不同用户需求以及降 衡计算获得的数据十分接近，计算发现焦炭转化率 低气化装置投资，壳牌和惠生工程共同合作开发了 在一段和二段反应区分别达100％和86％。周俊虎 下行水激冷气化技术，并在惠生(南京)清洁能源工 等【111对某壳牌气化炉建立物理模型，采用欧拉一拉格 厂建设了全球首套投煤量1000“的惠生．壳牌下朗日方法模拟气化炉冷态流场运行特征，运用非预 行水激冷气化装置，双方共同拥有该技术的知识产 混燃烧模型模拟计算气化炉热态运行特征，分别说 权。与废锅流程的壳牌粉煤加压气化炉相比，惠生- 明了气化炉内冷热态流场的分布特性。金渭龙【竭等 壳牌下行水激冷气化炉的主要特点是气渣同向、气 对一种新型两段式水煤浆气化炉的气化效率进行 化炉拱顶采用水冷壁封闭以及采用专有的水激冷 了CFD数值计算和分析，运用可实现七一s模型描述 技术对高温合成气进行冷却和除灰M。 气相湍流流动，随机轨道模型追踪水煤浆颗粒的运 采用计算流体力学(以下简称CFD)数值模拟动，并以中试多喷嘴水煤浆气化炉为建模基础，验 研究的方法能够更加直观地了解气化炉内的气体 证了气化计算模型的准确性。基于新型气化炉工程 流动和复杂的化学反应过程，并且可以预测进料条 运用以及粉煤气化机理深入认知的考虑，本文主要 件和炉膛结构变化对气化炉内气固流动和气化效 率的影响。国内外学者对此有较多的研究，但因气 气化炉进行三维建模，研究气化炉的流场特性、温 化炉结构特点不同，采用的具体计算模型有所不 度场分布以及气化产物组成分布等关键特性。 同睁131，Bockelie例对气化炉建立了三维计算模型，采 1建模与计算 用了湍流模型、辐射和对流换热模型、化学反应模 型和颗粒运动模型等子模型来模拟复杂的气化反 1．1研究对象及建模 应过程，获得了较为合理的炉内温度和煤气组分分 以首套商业运行的惠生．壳牌下行水激冷气化 布。Shi【1叫对两段式上行水煤浆气化炉建立了三维计 炉为研究对象，气化炉的操作压力为4MPa(G)，气化 剂为纯氧和高压水蒸气，干燥后的粉煤通过高压 COz输送，粉煤的工业分析和元素分析见表1。单喷 收稿日期：2016一06-21；作者简介：田靖(1986一)，男，工程师， 硕士，现主要从事能源化工技术工作，电话021电