【摘要】：常壓氣化技術(shù)投資成本小,日常維護(hù)費(fèi)用低,成為廣大中小型氮肥化工廠的最佳選擇,具有良好的發(fā)展前景�？乞v氣化爐是一種新型高效的強(qiáng)旋轉(zhuǎn)常壓煤粉氣流床氣化技術(shù),其一、二次風(fēng)布置方式使?fàn)t內(nèi)形成強(qiáng)烈、復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)流場,也對氣化爐內(nèi)進(jìn)行的煤氣化反應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)烈影響,解決了氣流床氣化爐內(nèi)壁耐火材料以及氣化爐燒嘴壽命短、煤粉在爐內(nèi)停留時(shí)間短和碳轉(zhuǎn)化率低下等問題。對科騰氣化爐的熱態(tài)流場和渣層熱應(yīng)力場進(jìn)行數(shù)值模擬,有助于了解其運(yùn)行工作特性,對工況和氣化爐結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。本文對科騰氣化爐流場域建立了幾何模型,運(yùn)用數(shù)值模擬方法,使用Fluent軟件對現(xiàn)場熱態(tài)試驗(yàn)工況進(jìn)行了模擬運(yùn)算,分析了科騰氣化爐熱態(tài)流場特性,研究了上下二次風(fēng)配比、給煤量對科騰氣化爐熱態(tài)流場的影響。在熱態(tài)工況計(jì)算的基礎(chǔ)上,以熱態(tài)模擬計(jì)算溫度為邊界條件,基于有限元方法,使用Ansys Mechanical APDL軟件對科騰氣化爐內(nèi)渣層熱應(yīng)力場進(jìn)行了計(jì)算并進(jìn)行分析。對熱態(tài)流場的數(shù)值模擬,合成氣出口有效氣成分隨上下二次風(fēng)配比先增后減,上下二次風(fēng)配比2:8為最優(yōu)工況;合成氣出口有效氣成分隨給煤量增加,在所研究范圍中,給煤量4.796kg/s的工況為最優(yōu)工況。對渣層熱應(yīng)力的數(shù)值模擬,爐膛升溫時(shí),渣層中靠近向火側(cè)位置等效應(yīng)力大,靠近渣層—SiC位置等效應(yīng)力小,應(yīng)力表現(xiàn)為受壓;爐膛降溫時(shí),新生固態(tài)渣區(qū)域和舊有固態(tài)渣區(qū)域中都表現(xiàn)出靠近渣層—SiC交界面位置等效應(yīng)力大的特點(diǎn),但新生固態(tài)渣區(qū)域等效應(yīng)力比舊有固態(tài)渣區(qū)域中大,應(yīng)力均表現(xiàn)為受拉。爐膛降溫時(shí)更易發(fā)生渣層的破壞。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 世紀(jì) 80 年代以來，國內(nèi)氣化技術(shù)迅速發(fā)展，一些自主研發(fā)的新型煤氣化涌現(xiàn)�！熬盼濉逼陂g，華東理工大學(xué)[27]開發(fā)出了多噴嘴對置式水煤漿氣2002 年在山東建立了示范性裝置，此后得到了部分應(yīng)用，該種技術(shù)氧耗低；清華大學(xué)等研發(fā)了清華爐系列技術(shù)[28]，在山西投入運(yùn)行，該種技術(shù)快，煤種適應(yīng)性寬廣，安全性高，已經(jīng)發(fā)展了二代；西安熱工院開發(fā)了煤粉加壓氣化技術(shù)，在內(nèi)蒙古、山西等地投入運(yùn)行，具有較好的合成氣種適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠；中國航天科技集團(tuán)研發(fā)出 HT-L 技術(shù)，屬于氣化，已在安徽、河南等地投入運(yùn)行[29]，該工藝碳轉(zhuǎn)化率高達(dá) 99%，冷達(dá)到 82%，有效氣成分高于 90%。綜合來看，我國的煤氣化技術(shù)向世界平迅速過渡，具有良好的發(fā)展前景。氣化反應(yīng)過程[30]化反應(yīng)的一般過程如圖 1-1 所示，氣流床氣化爐中發(fā)生的氣化過程本質(zhì)上炭顆粒在高溫環(huán)境下與氣化劑發(fā)生的熱反應(yīng)過程，生成的粗合成氣中含2、H2O、CO2、N2以及微量的 CH4、H2S 和 COS 等。

CO2+C→2CO 力數(shù)值模擬數(shù)學(xué)模型氣化爐運(yùn)行過程中，爐內(nèi)的煤粉顆粒燃燒或氣化反應(yīng)后形成高，灰渣處于熔融狀態(tài)，當(dāng)其運(yùn)動至溫度較低的耐火磚層時(shí)層，如圖 2-1，假定最外層的灰渣覆蓋溫度保持不變，受到內(nèi)部渣層的溫度逐漸降低，體積收縮而表現(xiàn)為拉應(yīng)力，這種渣層成長熱應(yīng)力[66]�？梢钥闯�，，科騰氣化爐運(yùn)行時(shí)，渣層象，向火一側(cè)溫度高，耐火磚一側(cè)溫度低，不同溫度處熱脹為溫度梯度熱應(yīng)力。長熱應(yīng)力與溫度梯度熱應(yīng)力一起構(gòu)成了渣層的總熱應(yīng)力，受約束材料性質(zhì)，溫度環(huán)境條件等共同影響。工況波動時(shí)，煙層中出現(xiàn)較大的熱應(yīng)力，有可能造成裂縫甚至掉渣，對于普象除渣，但對于科騰氣化爐，內(nèi)壁失去渣層的保護(hù)，容易損應(yīng)力過大。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ545

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2667881