發(fā)布時間：2020-05-25 22:35

【摘要】：以熔融高爐渣為熱載體的煤氣化技術(shù)是一種全新的高爐渣余熱余能回收技術(shù),能對鋼鐵企業(yè)中高爐渣的余熱余能資源進行高效、合理的回收利用。該技術(shù)的主要過程是將煤粉與氣化劑隨載氣一起噴入熔池中,與熔渣進行傳熱傳質(zhì)從而發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)。此過程中氣泡在熔池中的行為直接影響著熔池內(nèi)的多相流動與煤氣化化學(xué)反應(yīng)過程,而氣泡的行為又受一系列結(jié)構(gòu)參數(shù)與操作參數(shù)的影響。因此,對以熔融高爐渣為熱載體進行煤氣化技術(shù)的主要過程進行數(shù)值模擬,研究熔池中氣泡的行為、多相流動過程與煤氣化化學(xué)反應(yīng)的變化規(guī)律,為后續(xù)的研究提供理論依據(jù),對該技術(shù)的進一步發(fā)展具有重要意義。本文采用歐拉-歐拉法與煤氣化化學(xué)反應(yīng)耦合的方式在ANSYS FLUENT平臺上對實驗室自制的頂吹式熔渣氣化爐進行數(shù)值模擬研究,主要研究內(nèi)容與所得結(jié)果如下:(1)建立了爐內(nèi)氣體頂吹過程的物理模型與數(shù)學(xué)模型,并進行了數(shù)值模擬計算。同時搭建了氣體頂吹過程的冷態(tài)水模實驗平臺,通過對實驗結(jié)果與模擬計算結(jié)果進行比較,證明了所建立的模型具有良好的準(zhǔn)確性與可靠性。(2)考察了氣體頂吹過程中熔池內(nèi)氣液兩相的流動情況。根據(jù)氣泡在熔池內(nèi)的行為規(guī)律,將其分為初始膨脹、氣泡脫離、自由上浮和氣泡破裂這四個階段;當(dāng)熔池內(nèi)流場充分發(fā)展時,氣含率隨離自由液面的距離增加而逐漸減小;隨著氣泡的膨脹與脫離,在噴嘴附近與熔池下方區(qū)域會先形成對稱的雙螺旋型流態(tài),之后由于氣泡的上浮和破裂該流態(tài)會逐漸被破壞并變得復(fù)雜無規(guī)律;熔池中的氣含率、熔渣的平均速度與湍動能均隨時間呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢,并在流場充分發(fā)展時保持一定幅度的上下波動,且在噴嘴下方區(qū)域,熔渣的速度隨著熔池深度的增加迅速減少。(3)對不同參數(shù)下氣體頂吹過程進行數(shù)值模擬,并用正交試驗的方式對熔池內(nèi)多因素多指標(biāo)的氣液兩相混合與流動過程進行優(yōu)化;各影響因素中對頂吹式熔渣氣化爐內(nèi)氣液兩相混合與流動過程影響程度順序為:管徑比噴槍插入深度氣體噴吹流量;得到的最優(yōu)組合工況為A3B3C4,即大小管徑比為20:1,噴槍插入深度為200mm,氣體噴吹流量為800L/h,基準(zhǔn)工況下熔池氣含率、熔渣湍動能與噴濺率分別為1.959%、10.719×10-3m2/s2、4.740%,而優(yōu)化工況下熔池氣含率、熔渣湍動能與噴濺率分別為 9.429%、12.876×10-3m2/s2、2.024%。(4)在爐內(nèi)氣體頂吹的數(shù)學(xué)模型中加入煤氣化化學(xué)反應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,對爐內(nèi)整個煤氣化過程進行模擬計算。搭建了頂吹式熔渣氣化爐煤氣化熱態(tài)實驗平臺,通過比較模擬計算結(jié)果與熱態(tài)實驗結(jié)果,驗證了模型的準(zhǔn)確性;此外對熔池內(nèi)氣體組分分布情況與不同水煤比對產(chǎn)氣的影響規(guī)律進行了研究。結(jié)果如下:煤粉與水蒸氣由噴槍進入熔池中會立即發(fā)生反應(yīng),其中揮發(fā)份會在噴嘴附近處被反應(yīng)完全,而固定碳則是在氣泡上浮過程中被反應(yīng)完全;在熔池中CO和CO2、水蒸氣和H2的濃度分布基本相反;CO2和H2會富集在氣泡中的中心位置,而CO和水蒸氣則富集在氣泡的邊緣位置;隨著水煤比的增加,所產(chǎn)生合成氣H2和CO2的量增大,CO的量減小;優(yōu)化工況下生成的合成氣中CO的量均大于基準(zhǔn)工況,而H2和CO2的量均小于基準(zhǔn)工況;且優(yōu)化工況所生成合成氣的熱值與有效氣體積分?jǐn)?shù)均大于基準(zhǔn)工況。
【圖文】：

學(xué)位論文邐第１第１章文獻綜述逡逑景逡逑為人類社會發(fā)展的動力基礎(chǔ)，，在一個國家的經(jīng)濟建設(shè)與社會輕重的作用。圖１．１與圖１．２為近２０年以來我國的能源生產(chǎn)［１］。由圖可知，長期以來煤炭作為我國的主要能源，在經(jīng)濟中有著重要戰(zhàn)略地位。２０１３年我國的煤炭儲量約為２４００億９４％［１］；因此煤炭作為我國最可靠的能源資源，在未來的很能源結(jié)構(gòu)的主要地位。逡逑

學(xué)位論文邐第１第１章文獻綜述逡逑景逡逑為人類社會發(fā)展的動力基礎(chǔ)，在一個國家的經(jīng)濟建設(shè)與社會輕重的作用。圖１．１與圖１．２為近２０年以來我國的能源生產(chǎn)［１］。由圖可知，長期以來煤炭作為我國的主要能源，在經(jīng)濟中有著重要戰(zhàn)略地位。２０１３年我國的煤炭儲量約為２４００億９４％［１］；因此煤炭作為我國最可靠的能源資源，在未來的很能源結(jié)構(gòu)的主要地位。逡逑
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ546

【參考文獻】

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1 高聚忠;;煤氣化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[J];潔凈煤技術(shù);2013年01期

2 閆紅杰;劉方侃;張振揚;高強;劉柳;崔志祥;申殿邦;;氧槍布置方式對底吹熔池熔煉過程的影響[J];中國有色金屬學(xué)報;2012年08期

3 唐永剛;;三維氣泡運動的數(shù)值模擬[J];南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報;2011年03期

4 王曉亮;吳家樺;趙慶;;燃煤電站CO_2捕集技術(shù)研究現(xiàn)狀及前景展望[J];東方電氣評論;2011年02期

5 趙嘉博;劉小軍;;潔凈煤技術(shù)的研究現(xiàn)狀及進展[J];露天采礦技術(shù);2011年01期

6 ;Characteristics of gaseous product from municipal solid waste gasification with hot blast furnace slag[J];Journal of Natural Gas Chemistry;2010年04期

7 婁文濤;張邦琪;施哲;;艾薩爐水模型內(nèi)氣泡運動的模擬[J];中國有色冶金;2010年01期

8 張淑君;吳錘結(jié);;氣泡之間相互作用的數(shù)值模擬[J];水動力學(xué)研究與進展A輯;2008年06期

9 徐永通;丁毅;蔡漳平;劉青;黃曄;葉樹峰;;高爐熔渣干式顯熱回收技術(shù)研究進展[J];中國冶金;2007年09期

10 蕭澤強;詹樹華;;金屬熔池中浸入式側(cè)吹射流行為[J];過程工程學(xué)報;2006年S1期

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1 劉軍祥;于慶波;竇晨曦;胡賢忠;;高爐渣轉(zhuǎn)杯式粒化的實驗研究[A];2008全國能源與熱工學(xué)術(shù)年會論文集[C];2008年

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1 金渭龍;化學(xué)熱回收兩段組合式氣化爐的實驗及數(shù)值模擬研究[D];華東理工大學(xué);2014年

2 王仕博;艾薩爐頂吹熔池流動與傳熱過程數(shù)值模擬研究[D];昆明理工大學(xué);2013年

3 李朋;高爐渣余熱回收及碳資源協(xié)同減排應(yīng)用基礎(chǔ)研究[D];東北大學(xué);2013年

本文編號：2680845