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密相输运床中试装置CPFD模拟研究进展
发稿时间:2018-11-29         作者:付月          来源:能源动力研究中心     【字号:

  密相输运床反应器采用高固体通量、高固体浓度的操作条件,强化了反应器内的“三传一反”过程,在应用于煤气化时可在较温和的气化条件下实现较高的气化效率,并且具有气化强度大、煤种适应性好、反应体系灵活、负荷调节范围大的优势,应用前景广泛。 

  能源动力研究中心研建了高30 m、直径0.3 m的中试规模加压密相输运床气化装置(图1),开展了气化试验研究。为更深入地研究掌握气化炉内流动、优化中试装置运行,科研人员利用数值模拟手段对中试装置的气固流动特性开展研究。针对密相输运床中试装置计算规模大、炉内多流态共存的特点,采用计算颗粒流体力学(CPFD模拟方法,通过欧拉-拉格朗日方法耦合求解流体和颗粒的运动,兼顾了双流体模型和离散元模型优点,可以很好的模拟复杂的气固流动以及传质传递等现象。 

  通过中试装置气固流动试验数据的校核,确定了适用于气固曳力模型、网格划分和关键颗粒流化参数,建立了适用于密相输运床中试装置气固流动的数值模拟方法,研究了中试装置的气速、压力、固体循环流率Gs、立管充气和立管料高等操作条件对提升管内轴向、径向颗粒分布、加速段和充分发展段长度、循环回路压力平衡的影响。主要结果包括:(1)模拟获得了中试装置实现密相悬浮上升流的条件,如在提升管操作气速为6m/s时,Gs需达到831kg/m2s,如图2所示;(2)立管和返料阀充气可实现立管压降及提升管Gs的近似线性调节,立管料高决定了所能达到的最大Gs,如图3所示;(3)模拟获得了提升管加速段和充分发展段在不同操作条件下的变化,与在输运床小试装置上得到的加速段预测公式计算结果相比,误差在20%以内,如图4所示。

  上述研究是输运床中试装置操作和结构优化的重要依据,也为开展密相气固流动条件下的煤气化反应的模拟打下良好的基础,为装置的工况设计、性能分析与优化、工程放大提供参考。 

 

  1  加压输运床气化中试装置 

 

  2提升管轴向颗粒浓度随Gs的变化(6m/s 

 

  1 立管压降             2)固体循环流率Gs 

  3充气流化数和立管料高影响 

  1)不同条件下加速段的模拟值      2)模拟值与预测公式计算值比较 

  4 提升管加速段长度 

 
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