TEXACO煤气化炉激冷室内多相流动的数值模拟

摘要

煤气化技术是燃煤高效、洁净利用的有效手段。Texaci水煤浆气化技术是目前世界上最先进的煤气化方法之一。水煤浆和氧化剂在气化室内燃烧后产生高温的合成气和熔融态的灰渣，合成气主要成分包括H<,2>、CO和CO<,2>，另外还有少量的H<,2>S等其它气体。从气化室出来的合成气要经激冷室冷却增湿。激冷室是水煤浆气化炉内重要的部件，主要作用是对气化炉产生的高温合成气进行洗涤和冷却。激冷室上部是气液固三相进行热质传递激冷过程的主要场所，下部的液池主要实现气液固三相的流动分离过程。 本文主要研究在冷态条件下，激冷室内合成气穿越液池过程中气液两相湍流流动动力学特性以及气液固多相流动的分离过程。对激冷室内连续相和离散相分别采用欧拉方法和拉格朗日方法进行处理，即用欧拉方法模拟连续的流场，用拉格朗日方法跟踪计算离散颗粒相。将流场看作粘性流体紊流流动，对连续流场采用基于N-S方程的湍流RNGk-ε模型，对离散颗粒相采用直接模拟蒙特卡诺(DSMC)方法求解。由于离散颗粒相的体积浓度相对较稀，采用单相耦合方法，即仅考虑连续相对离散颗粒相的作用，而忽略离散颗粒相对连续相的反作用。 本文以Texaco气化炉激冷室为研究对象，采用三维数值模拟方法对激冷室内合成气穿越液池过程的流动特性以及合成气带水等关键问题进行了研究，探讨了两管(上升管和下降管)间隙、气流速度以及静态液位对带液量的影响。由于气液两相湍流流动造成了激冷室内的压力波动，本文通过对压力波动信号的快速傅立叶变换，分析了激冷室内多相流动的本质特征。为了模拟合成气穿越液池过程中气体与灰渣的分离过程，更好的揭示该过程的多相流动的特性，本文把欧拉方法和拉格朗日方法相结合，对激冷室内合成气穿越液池的流动过程进行了气液固三相的数值模拟。探讨了不同粒径、气流速度以及下降管出口淹没深度对气液流场以及对固体颗粒分离的影响。

目录

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第一章绪论

1.1煤气化技术在我国能源中的战略地位

1.2煤气化技术的分类与发展

1.3 Texaco水煤浆气化技术

1.4本文的目的和研究内容

第二章Texaco气化炉激冷室物理模型

2.1 Texaco气化炉激冷室的结构

2.2物理模型的建立

第三章数值模拟方法和数学模型的建立

3.1数值模拟方法概述

3.2连续相数学模型

3.3离散颗粒相数学模型

3.4边界条件的处理

3.5数值平台的建立

第四章合成气穿越液池过程的流动特性与带水问题研究

4.1气化炉带水问题的分析

4.2求解方法与计算条件

4.3合成气带水问题的数值模拟结果与分析

4.4数值模拟结果与实验结果的对比与验证

4.5合成气带水问题的研究总结

第五章合成气穿越液池所引起激冷室内压力波动特性的研究

5.1计算条件和方法

5.2激冷室内压力波动特性的数值模拟结果

5.3快速傅立叶变换分析

5.4激冷室内压力波动特性的研究总结

第六章合成气穿越液池过程气体与灰渣分离特性的数值模拟

6.1物理模型

6.2求解方法与计算条件

6.3灰渣分离特性的模拟结果与分析

6.4灰渣分离特性的研究总结

第七章结论与展望

参考文献

致谢

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