气流床煤气化模拟中反应动力学参数的优化研究

【摘要】：煤气化技术作为未来非常具有发展前景的高效低污染的洁净煤技术，正日益受到国内外主要燃煤国家的重视，由于加压气化试验台的成本较高，系统较复杂，一定程度上制约了对气流床气化开展实验研究，因此采用数值模拟的方法对煤气化过程进行研究得到了广泛的应用。 本文针对气流床煤气化数值模拟过程中动力学参数选取困难，热解模型对计算结果影响较大的特点，基于FLUENT软件对煤气化过程的动力学参数和热解模型进行优化。首先通过计算，选取适用于本文研究对象的化学反应模型，然后利用热解实验结果对热解模型进行修正，对煤气化过程中的气固两相反应动力学参数和热解模型中的未知参数进行优化选择，并通过计算选取合适的氧碳原子比，最后将优化后的计算结果与传统气化炉进行对比。 热解实验结果表明，热解终温相同时，随着热解压力的增大，热解气中CH4的含量逐渐升高，CO的含量逐渐降低，热解失重量依次减小。煤气化数值模拟结果表明，对于本文的研究对象，采用组分输运模型进行计算模拟更为合理。通过优化计算，得到了适用于本文研究对象的动力学参数，确定了热解模型中未知参数的最佳值，并选取了合适的氧碳原子比。通过对比优化前后干煤粉气化与水煤浆气化数值模拟的结果与传统气化炉实际运行值，结果表明优化后的计算结果更接近传统气化炉的实际运行值，即采用本文优化后的模型参数对该气化炉进行数值模拟，可以反映该气化炉的真实气化状态。 【关键词】：煤气化 动力学参数 热解模型
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ546
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 课题研究背景8-9
• 1.2 煤气化技术的发展及研究现状9-12
• 1.2.1 气流床气化技术国内研究现状9-10
• 1.2.2 气流床气化技术国外研究现状10-12
• 1.3 煤气化数值模拟的研究进展12-15
• 1.4 研究对象及研究内容15-17
• 第2章 试验煤种热解成分分析17-25
• 2.1 试验目的17
• 2.2 试验装置17-19
• 2.3 气体测量仪器19-20
• 2.4 试验方法20-21
• 2.5 试验结果与分析21-23
• 2.5.1 煤的热解过程21
• 2.5.2 压力对热解成分的影响21-23
• 2.6 试验结果对热解模型的修正23-24
• 2.7 本章小结24-25
• 第3章 煤气化反应及相关计算模型25-35
• 3.1 煤气化反应机理25-27
• 3.1.1 煤的热解过程25-26
• 3.1.2 煤的燃烧气化反应26-27
• 3.2 煤气化动力学模型27-30
• 3.3 挥发分析出模型30
• 3.4 气化炉数值模拟相关模型的选取30-34
• 3.4.1 气相湍流模型31-32
• 3.4.2 化学反应模型32
• 3.4.3 辐射模型32-33
• 3.4.4 颗粒相的处理33-34
• 3.5 本章小结34-35
• 第4章 煤气化动力学参数及热解模型优化35-49
• 4.1 研究对象及网格无关性分析35-37
• 4.2 组分输运模型与 PDF 模型计算结果的比较37-39
• 4.2.1 计算煤种、边界条件及模型的选取37-38
• 4.2.2 计算结果的比较38-39
• 4.3 气固两相反应动力学参数的优化39-43
• 4.3.1 反应 1 动力学参数的优化40-42
• 4.3.2 反应 2 和反应 3 动力学参数的优化42-43
• 4.4 煤热解模型的优化43-48
• 4.4.1 对参数ω_(CO)的选择计算43-45
• 4.4.2 对参数ω_(CO_2)的选择计算45-47
• 4.4.3 不同压力下对煤热解模型优化结果的验证47-48
• 4.5 本章小结48-49
• 第5章 对 200T/D 气流床气化炉工艺参数的优化49-58
• 5.1 氧煤比对干煤粉气化计算结果的影响49-53
• 5.1.1 氧煤比对炉内流场的影响49-51
• 5.1.2 氧煤比对炉内温度分布的影响51-52
• 5.1.3 氧煤比对气化炉气化性能的影响52-53
• 5.2 对 200T/D 干煤粉气化的数值模拟53-55
• 5.3 对 200T/D 水煤浆气化的数值模拟55-57
• 5.4 本章小结57-58
• 结论58-60
• 参考文献60-65
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果65-67
• 致谢67

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