多喷嘴对置式煤气化炉内气固两相流动及壁面沉积

对我国具有自主知识产权的多喷嘴对置式煤气化炉内的气固两相流进行了数值模拟分析.在合理简化和假设基础上建立了基于Eulerian-Lagrangian模拟方法的炉内气固两相流动模型,采用Realizable k-ε模型描述炉内复杂气相湍流运动,应用颗粒轨道模型随机追踪煤粉颗粒在湍流气流中的运动.通过数值计算获得了炉内气固两相的速度矢量、颗粒分布、颗粒运动轨迹,以及颗粒碰撞并沉积于壁面的通量分布.揭示了该型气流床煤气化炉内气固两相流动特征,并分析了入口速度和炉体上部高度对气固两相流动和颗粒在壁面沉积的影响规律.结果表明:对撞流显著增强炉内气固流动湍动,强化气固相互作用,并使煤粉颗粒在炉内有效分散,有利于化学反应高效进行;在喷嘴入口及顶部的壁面处颗粒沉积率较大.     

Texaco气流床煤气化炉内气固两相流动的数值模拟

应用Eulerian-Lagrangian方法对国内某工厂实际运行的Texaco气流床煤气化炉内气固两相流动进行了模拟.采用Realizable k-ε模型计算炉内复杂气体湍流运动,应用颗粒轨道模型追踪煤粉颗粒在湍流气流中的运动轨迹.通过数值计算取得了炉内气相速度矢量、颗粒运动轨迹、颗粒碰撞壁面并沉积于壁面的沉积通量和颗粒在炉内的停留时间分布.揭示了该气化炉的气固两相流动特性,并分析了运行工况对壁面沉积通量分布的影响规律.结果表明:气化炉内的气体流场存在回流,回流延长了颗粒在气化炉内的停留时间,颗粒沉积通量最大的位置为筒体段下部和锥体段上部; 绝大部分颗粒在气化炉内的停留时间在5 s以内,气体流量降低时颗粒在炉内的停留时间减少.     

气流床气化炉熔渣沉积模拟实验研究

煤气化工艺中,气流床气化炉内的熔渣对耐火衬里的高温侵蚀十分严重,是影响耐火衬里寿命的重要因素。在实验室条件下建立了熔渣在气化炉内沉积过程的模拟实验装置,以石蜡作为模拟介质模拟熔渣,通过改变反应条件研究了它在双喷嘴对置式气化炉内的沉积规律。结果表明：炉内渣层达到稳定状态需要一定的时间;气体温度高、流量大或模拟介质温度高均不利于熔渣沉积;模拟介质流量对熔渣沉积的影响较小;相对于水冷,氨冷更有利于熔渣沉积。     

干煤粉分级气流床的气化特性

针对根据无焰氧化技术设计的分级气流床气化炉,运用试验和数值模拟计算的方法对干煤粉在炉内的气化过程进行研究,分析不同进料方式及氧碳摩尔比对合成气中CO,H2和CO2体积分数、合成气热及碳转化率的影响.研究结果表明:实验结果与模拟结果基本吻合;相同进料方式下随着氧碳摩尔比的增大,合成气中CO和H2体积分数、合成气热先增大后减小,而CO2体积分数和碳转化率一直上升;相对于另外2种进料方式,三层喷嘴进料方式能使炉内温度场更均匀,平均温度提高,气化强度增加,由此表明气化炉结构和进料方式使炉内实现了基于无焰氧化技术煤粉空间气化反应的基本特征;同时,氧碳摩尔比最佳范围为1.0～1.1.     

1139t/h超临界切圆锅炉气固两相流动数值模拟

为研究1139t/h四角切圆燃烧锅炉炉内气固两相流动问题,采用标准k-ε模型和DPM模型数值研究3种典型负荷下炉内流动特性及固体颗粒运动轨迹.研究结果表明:在不同负荷下四角射流均能形成稳定切圆,但炉内气流偏斜严重易引起水冷壁的结渣;100%负荷下在炉膛壁面产生漩涡,颗粒对水冷壁造成冲刷;炉内合适的煤粉粒径能够保证煤粉在炉内的停留时间.研究结果对锅炉的热态燃烧调整提供理论依据.     

煤粉燃烧两相流的数值模拟

由于煤粉燃烧受热面区域的气固两相流场测量难度大,为预测煤粉燃烧炉内部流场与两相流浓度场分布规律,以FLUENT为平台,建立了煤粉燃烧炉模型,用PDF来定义燃料成分,气相湍流流动采用标准的k-ε方程模型,气相为无滑移边界条件。颗粒相采用随机轨道模型。利用有限差分法来离散微分方程,对控制方程的求解采用SIMPLE算法。得到了燃烧炉内部温度场,煤液化率的分布规律及煤粉的颗粒轨迹。揭示了挥发分释放与燃烧的过程,剖析了焦炭的燃烧机理,为煤粉在分解炉内的优化燃烧提供了重要的理论参考依据。模拟结果有助于煤粉炉改造和节能。     

煤粉无焰燃烧的数值模拟

用组分输运方法对煤粉的无焰燃烧进行了数值模拟,湍流采用Realizable k-ε紊流模型,颗粒相采用随机轨道模型,挥发分的析出采用化学渗透模型(CPD),湍流化学反应采用涡耗散模型(Eddy-Dissipation),煤粉颗粒表面燃烧模拟采用内表面化学反应动力学模型,辐射传热采用P-1辐射模型.结果表明,实验数据与数值模拟吻合良好;煤粉无焰燃烧时,燃烧反应发生在整个炉膛空间,炉内温度分布较均匀,温差为200K左右,燃烧呈现低O2浓度特征,NOx排放浓度较低.     

水煤浆气化炉三通道喷嘴气相流场的数值模拟

为研究三通道喷嘴结构对气化炉宏观冷态气相流场的影响,利用计算流体力学软件F luen t对水煤浆气化炉的三通道喷嘴和简单的单通道喷嘴分别在自由射流和受限射流情况下进行了气相流场的数值模拟。通过对两种喷嘴在自由射流和受限射流流场的比较,发现二者的流场非常相似,只是在距喷嘴出口较近处速度分布有明显不同。这说明喷嘴的结构对气化炉宏观气相流场的影响并不如入口速度对气相流场的影响显著。通过对喷嘴附近处径向和轴向速度分布的分析,发现三通道喷嘴外环气流和中心气流有强烈的撞击,这对水煤浆的雾化起到重要作用。     

无焰氧化气流床气化实验炉设计与气化特性研究

根据煤粉无焰氧化燃烧的条件与技术要求,设计定制了一圆形横截面的煤粉气流床气化实验炉.并在炉膛上对冲布置了三层煤粉喷嘴、切向布置了三层空气喷嘴.在实验炉上分别进行了冷态流场实验与典型工况下的煤粉无焰氧化气化特性实验.研究结果表明,在三层煤粉喷嘴投入运行且氧/碳原子比为1.0左右时,气化炉的气化特性最佳,有效气组分（CO＋H2）浓度、合成气热值和冷煤气效率均达最大值,分别为30.3%,4 477kJ/Nm3和75.29%.     

多喷嘴对置式煤气化炉激冷室颗粒运动及碰撞特性研究

多喷嘴对置式水煤浆气化技术是我国自主研发的一种洁净煤技术,具有转化率高、有效气含量高等优点.气化炉是煤气化工艺的核心设备之一,其主体结构包括燃烧室与激冷室两部分.燃烧室反应生成的粗合成气夹带固体灰渣颗粒进入激冷室液池,在气液两相湍流作用下与炉体发生碰撞,造成冲蚀磨蚀等破坏,对气化炉安全和长周期稳定运行造成影响.本文以多喷嘴对置式气化炉为研究对象,建立了激冷室三维物理模型;利用VOF多相流模型和DPM离散相模型研究了气液固三相流场,得到连续流场和不同粒径颗粒的分布状态;通过FluentUDF对灰渣颗粒与炉体碰撞位置和碰撞参数进行了统计分析,得到激冷室内碰撞多发区域及破坏机理.研究结果表明:合成气进入激冷室液池中形成负浮力射流,动量逐渐衰减,最终改变运动方向而向上反折流动;不同粒径的颗粒在激冷室流场中的分布不同,粒径较小的颗粒气相跟随性更为明显,分布范围更广;颗粒粒径影响其与激冷室壁面主要碰撞区域,粒径为0.05 mm和0.1 mm的小尺寸灰渣颗粒碰撞主要发生在下降管下端;0.5 mm的大尺寸灰渣颗粒碰撞主要发生在激冷室炉体下部,在设计制造过程中要重点关注;分析碰撞角度发现各壁面碰撞破坏机...     

循环流化床内生活垃圾颗粒冷态分层特性分析

对城市生活垃圾循环流化床焚烧炉炉内冷态流场及生活垃圾颗粒冷态分层特性进行了数值模拟.结果表明:密相区和稀相区的流场存在较大差异,密相区u、v、z值较稀相区大得多,湍流强度大,扰动强烈;稀相区流场横向扰动很弱.不同粒径的垃圾颗粒在炉内存在明显的分层现象,流化风速1.5～2 m/s时,小于1 mm的垃圾颗粒集中在炉膛上部,大于5 mm的垃圾颗粒沉积到炉膛底部.风速从0.8 m/s增加到2 m/s时,风速越小、粒径差异越大,分层越明显.随着风速的增加,不同粒径垃圾颗粒分布趋于均匀,分层现象减弱.当风速小于1 m/s,炉内整体流态化及循环状况较差,1.5～2 m/s的流化风速对生活垃圾流化床较为适合.     

大型炉膛燃烧过程的数值模拟

介绍了一个针对大型炉膛燃烧过程进行数值模拟的完整三维湍流、燃烧和热传递计算模型，该模型洋了气体流动、组分浓度和温度、颗粒轨迹及燃烧、壁面辐射热流。气相的动量、焓和组分的恒方程采用ｋ－ε模型来描述湍流粘性系数，用颗粒随机道法模拟煤粉的运动轨迹，并且考虑了挥发分的燃烧及热解、焦炭燃尽过程。对辐射热传递采用离散传递法。     

喷动流化床气固流动特性的三维数值模拟

采用离散元方法（DEM）,在用欧拉方法处理气相场的同时用拉格朗日方法处理离散颗粒场,对喷动流化床煤部分气化炉内的气固流动进行了三维数值模拟．直接跟踪床内每一个离散颗粒,考虑了碰撞力、携带力、重力、剪切提升力和Magnus升力,颗粒碰撞采用软球模型．获得了喷动流化床典型操作参数下的流动结构、颗粒的受力、颗粒的速度分布、气体和颗粒的湍流强度等结果．结果表明,颗粒之间碰撞率随着喷动气速的增大而增大,随粒径的增大而减小,然而颗粒与壁面的碰撞率受喷动气速和粒径的影响不明显．颗粒的运动受重力、携带力和碰撞力主导,除喷动区与环形区交界外,Magnus力和Saffman力可以忽略．气体湍流强度是颗粒湍流强度的2～3倍,近壁面区的气体和颗粒的湍流强度均较小．     

车身非光滑表面边界层流场特性分析

为了研究非光滑车身表面边界层流场特性,采用大涡模拟与Realizable k-ε湍流模型对车身外部瞬态和稳态流场进行数值模拟计算,对比分析了非光滑模型与光滑模型边界层内速度、粘性底层厚度、壁面剪切力、表面摩擦阻力因数、湍流强度和湍流耗散率等流场参数,解析了非光滑表面对车身流场流动特性的影响.研究结果表明,非光滑模型边界层内速度明显高于光滑模型,边界层厚度、壁面剪切力、表面摩擦阻力因数、湍流强度、湍流耗散率都比光滑模型有所减小.非光滑表面的引入加剧了车身尾迹气流的参混效应,防止外界的高速流对内部低速流的引射作用,从而减少了车身流场能量的损失.     

大型炉膛燃烧过程的数值模拟

介绍了一个针对大型炉膛燃烧过程进行数值模拟的完整三维湍流、燃烧和热传递计算模型，该模型预示了气体流动、组分浓度和温度、颗粒轨迹及燃烧、壁面辐射热流。气相的动量、烛和组分的守恒方程采用ｋ－ε模型来描述湍流粘性系数，用颗粒随机轨道法模拟煤粉的运动轨迹，并且考虑了挥发分的燃烧及热解、焦炭燃尽过程。对辐射热传递采用离散传递法。     

基于Fluent角型喷嘴内部空化行为的数值模拟

利用Fluent流体计算软件对角型喷嘴内部的空化流场进行了数值模拟,得到了喷嘴内部的压力、气相生成速率和汽含率分布场,并对三种扩张角喷嘴内的流场进行了比较分析.结果表明:在角型喷嘴内部,空化汽泡主要在喷嘴圆柱段壁面起始点和扩张段壁面起始点两处产生;在扩张段壁面起始点处,由于回流和压力两种因素的共同作用导致扩张角对空化汽泡生成速率的影响存在最优值;随着扩张角的减小,角型喷嘴在扩张段壁面的空化区域不断扩大,其汽含率也不断攀升;扩张角的改变对角型喷嘴圆柱段区域的空化行为没有明显影响.     

气液固三相逆流湍动床流体动力学特性的三维数值模拟

基于多相流欧拉模型,应用计算流体动力学（CFD）软件Fluent 6.3,数值模拟了轻颗粒流、液体间歇方式进料的三维气液固逆流三相湍动床的流体动力学特性,考察了床内颗粒的轴径向速度和固含率分布规律。模拟发现：床内颗粒流化时存在颗粒的汇集行为;颗粒由床中心向壁面运动,中心附近颗粒径向速度大,壁面附近颗粒径向速度小;颗粒轴向速度分布不均匀,呈＂两头小中间大＂的趋势;固含率壁面附近高,中心附近低,并随轴向高度增加而减小;床内平均固含率随表观气速或液体黏度的增加而减小。     

炉膛喉口面积对W型火焰锅炉炉内空气动力场的影响

对珞璜电厂引进法国Ｓｔｅｉｎ公司３６０ＭＷ的Ｗ型火焰锅炉进行了冷态模化研究。采用热线风速仪对炉内流场进行测试,在此基础上研究了炉膛喉口面积对炉内空气动力场的影响规律,得出了在不同相对喉口面积下的炉内气流流场图,并对炉内的气流速度分布,气流充满度和平均有效动量流率等进行了比较与分析。研究表明,适当缩小炉膛喉面积,王方面有利于喷入炉内煤粉的着火和燃尽,另一方面有利于减小高温烟气对喉口和前,后拱及冷灰斗     

旋流煤粉燃烧第四类稳燃技术

将国内外旋流燃烧器现有的稳燃措施根据其稳燃原理分为3类.分类分析现有稳燃措施不能适应低挥发分煤稳燃的原因和存在的问题,分析得出:扩口、扩流锥、浓淡燃烧、齿环稳燃器等稳燃措施都没有考虑煤粉气流进入炉膛后与高温烟气迅速混合问题.在这些稳燃措施的流场中,煤粉气流进入炉膛,除脉动外,首先沿回流区外缘流动,向外扩张,与二次风混合过早,而并不迅速与热烟气混合;煤粉气流与高温烟气的混合动力为二者之间的横向湍流脉动,混合强度弱.因此,对于低挥发分煤不能起到良好的稳燃作用.提出了第4类稳燃技术花瓣稳燃器,该技术充分考虑了煤粉气流与高温烟气间的掺混速度和前期掺混强度.花瓣稳燃器能够在其背流面形成轴向和径向多种回流区,使得煤粉颗粒与高温烟气间的混合动力除横向湍流脉动外还有宏观对流混合,加大了二者之间的热质交换强度.     

变形壁面湍流流场的谱方法

为了获得高精度变形壁面湍流流场,该文采用纳维-斯托克斯方程的时间分步法和贴体坐标的基本原理,推导出一种求解变形壁面湍流流场的谱方法.以行波壁及反向控制壁面为算例,对变形壁面控制的槽道湍流进行了数值模拟,建立了槽道湍流数据库.分析了控制前后流场中的速度和近壁涡结构的变化情况.结果表明,谱方法可用于模拟变形壁面的湍流流场,且具有较高的精度:采用行波壁面和反向控制壁可以抑制壁湍流,实现减阻.