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间歇式固定床煤气发生炉模型建立

来源:郑州宝旺机械制造有限公司 | 2016-3-12 14:25:18

    炉体模型模拟
    运用PRO/E进行套建模,利用Cambit软件进行计算物理模型的网络剖分,建立三维煤气发生炉数学模型如下图1。根据炉蓖倾角•●、炉蓖每层间隙•●、折流板长度三种因素进行炉蓖的模拟如图2所示。
表1
表2
    炉内流场模拟
    采用CFD数值模拟技术,模拟过程采用湍流流动模型•●、PI辐射模型和非预混燃烧PDF模型。利用Aspen软件中的平衡反应器和动力学反应器分别模拟造气炉内的燃烧过程和气化过程,如制气循环时间•●、制气百分比等。在空气和水蒸气入口处添加加热装置,模拟造气炉内气体与灰渣层的接触并预热。应用Matlab软件完成造气炉工艺的物料衡算和能量衡算。通过分析煤气化炉内流场•●、温度场的分布•●、考察炉蓖的高度•●、倾角•●、进风量的变化对造气炉的影响。
    1.造气炉循环周期以及各阶段时间的模拟优化
    我们优化的目标是提高气化效率,而造气炉的循环周期是影响气化效率的重要参数。循环时间长,反应温度波动大,蒸汽分解率下降,气化效率要降低。因此,从半水煤气组成稳定以及气化效率来讲,循环时间越短越好。但是从安全角度和阀门开闭•●、气流变向来讲,循环时间太短,有效生产时间相对减少,导致气化效率要降低。因此,根据造气炉的制气周期,分五个阶段进行模拟。
    表格中气化效率•●、总气化效率计算如下:
计算公式
    从表1数据可以看出,当循环时间为90秒时,模拟结果显示总气化效率最高。这对于现场造气炉运行循环时间的控制有一定的参考价值。
    2.炉体结构优化模拟
    造气炉的结构主要有炉蓖•●、炉膛•●、水夹套等。在固定层煤气发生炉制气过程中,氧化层中的燃料炭表面只有在与充分均匀的气化剂接触的条件下才能发生燃烧化学反应。化学反应进行的程序与气化剂的分布是否均匀有着直接关系。要使煤气发生炉中送人的气化剂在氧化层以下就形成一个流量均匀的速度场,煤气发生炉炉蓖气化剂的分配及风口的结构设什是一个关键问题。炉蓖有效改造后,造气炉
返焦率高•●、带出物多•●、排渣破块能力弱,可以得到有效改善。因此,从炉蓖不同结构模拟,考虑倾角变化•●、炉蓖直径•●、炉蓖间距•●、夹套与绝热炉膛•●、直边与折边炉蓖对产气率的影响,得出炉蓖结构对炉膛内温度•●、压力•●、气体组分•●、产气率等各参数的影响,找出最优化的结构。表2为不同炉体结构优化模拟后有效气含量对比。
    从优化结果可以看出,在去掉水夹套使用绝热炉膛的模型时,气化率可以上升至6.65立方米/每千克。同时采用直边,绝热炉蓖,减小炉蓖间距,增大炉蓖倾角至20度四种条件的综合模型,可以使气化率上升至6.96立方米/每千克。

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