恩德粉煤气化炉气固喷射器的流动特性研究

【摘要】：本文针对一台制气量为20000Nm3/h的恩德粉煤气化炉存在飞灰含碳量高,碳转化率低的问题展开研究。首次提出在恩德粉煤气化炉高温旋风分离器回料管内加装气固喷射器的方案,并对气固喷射器进行了理论设计,同时利用Fluent软件对气固喷射器进行了模拟计算,研究了不同工作参数和结构参数对气固喷射器内流场及其特性的影响,以期为气固喷射器的实际设计和运行提供理论指导。本论文在索科洛夫的一维喷射器设计理论的基础上,采用气体动力函数法并结合热力学基本定律,整理出适用于气固两相流的喷射器设计方法,并根据该方法编写了气固喷射器结构尺寸计算程序,建立了恩德粉煤气化炉的气固喷射器几何模型。通过研究选取了适用于气固喷射器模拟的模型方法,并将模拟结果与实验结果做了对比,二者结果基本一致,证明了模型方法选取的正确性。因为喷射器内流体流动较为复杂,仅用一维理论无法获得其内部流体的流动情况。本文利用数值计算方法,首先对气固喷射器进行了单相数值模拟,通过改变蒸汽压力,引射烟气压力,喷射器出口压力以及喷嘴距的大小,模拟得到了不同工况下喷射器的气体喷射系数。通过对模拟结果的分析,得到了不同参数对气固喷射器内部流动特性的影响。在单相数值模拟基础上对气固两相进行了数值模拟,计算结果表明:(1)当蒸汽压力0pp?时,固体引射率为0;当0.5MPapp?时,气体喷射系数为负,喷射器入口产生回流,固体引射率为0.423;蒸汽压力从0.6MPapp?增大到1.0MPapp?时,固体引射率为1,固体颗粒全部返回气化炉。针对本论文研究的喷射器,当蒸汽压力0.6MPapp?时,喷射器能正常运行。(2)当喷嘴距1800mmcl??时,喷射器内部出现较大的回流区,固体颗粒不能下落。随着喷嘴向右移动,回流区逐渐减小,当1680.77mmcl??时,喷射器能够正常工作;但是,由于回流区的存在使一部分颗粒在气体回流的作用下被重新带回接受室,造成能量损失。当1450mmcl??时,颗粒受涡流影响较小。继续右移喷嘴,当喷嘴距为-200mm、0mm、100mm和200mm时,颗粒均能顺利下落,接收室内无涡流,但是会导致混合管的工作长度较短,不利于气固两相的能量交换。综合考虑蒸汽压力应满足0.6MPapp?,喷嘴距大小宜从-450mm到0之间选取。 【关键词】：恩德粉煤气化炉 气固喷射器 喷射系数 喷嘴距 数值模拟
【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】：2015
【分类号】：TK175
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 物理量名称及符号表9-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 恩德粉煤气化炉简介11-13
• 1.3 气固喷射器研究现状13-16
• 1.3.1 气固喷射器设计计算研究现状13-15
• 1.3.2 气固喷射器数值模拟研究现状15-16
• 1.4 本文主要研究内容16-18
• 第2章 气固喷射器原理及理论研究18-33
• 2.1 气固喷射器简介18-19
• 2.1.1 气固喷射器结构及工作原理18-19
• 2.1.2 气固喷射器的主要性能参数19
• 2.2 气固喷射器设计方法19-23
• 2.2.1 经验系数法19-20
• 2.2.2 经典热力学法20
• 2.2.3 气体动力学函数法20-23
• 2.3 气固喷射器设计计算23-32
• 2.3.1 气固喷射器喷射系数的计算23-27
• 2.3.2 气固喷射器的结构尺寸计算27-30
• 2.3.3 针对恩德粉煤气化炉的气固喷射器设计30-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第3章 气固喷射器的数值模拟方法33-48
• 3.1 气体相数值模拟33-39
• 3.1.1 控制方程33-35
• 3.1.2 湍流模型35-38
• 3.1.3 近壁面湍流处理38-39
• 3.1.4 控制方程的离散39
• 3.2 颗粒相数值模拟39-43
• 3.2.1 颗粒运动方程40-41
• 3.2.2 颗粒随机轨道模型41-42
• 3.2.3 颗粒相和连续相相互作用42-43
• 3.3 数值模拟求解方法介绍43-45
• 3.3.1 压力基求解器43-44
• 3.3.2 密度基求解器44-45
• 3.4 数值模拟收敛性判定45
• 3.5 数值模拟方法准确性的验证45-46
• 3.6 本章小结46-48
• 第4章 气固喷射器内单相流场的数值模拟研究48-64
• 4.1 几何模型的建立及网格划分48-49
• 4.2 边界条件的设置49-50
• 4.3 网格无关性验证50
• 4.4 单相流场数值模拟结果分析50-62
• 4.4.1 设计工况下模拟值与理论值的对比50-52
• 4.4.2 出口压力对喷射器流动特性的影响52-53
• 4.4.3 蒸汽压力对喷射器流动特性的影响53-56
• 4.4.4 引射烟气压力对喷射器流动特性的影响56-58
• 4.4.5 喷嘴距对喷射器流动特性的影响58-62
• 4.5 本章小结62-64
• 第5章 气固喷射器内气固两相流场数值模拟研究64-70
• 5.1 气固两相数值模拟结果分析64-68
• 5.1.1 设计工况下气固两相模拟结果分析64-65
• 5.1.2 蒸汽压力对喷射器性能的影响65-67
• 5.1.3 喷嘴距对喷射器性能的影响67-68
• 5.2 本章小结68-70
• 结论70-72
• 参考文献72-75
• 攻读学位期间发表的学术论文及其它成果75-77
• 致谢77

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