第61卷第5期化工學(xué)報(bào)Vol.61 No. 52010年5月CIESC JournalMay 201研究論文 資氣流床煤氣化爐壁面反應(yīng)模型劉升'，郝英立，杜敏'，陶明春'(1東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，江蘇南京210096; z東南大學(xué)空間科學(xué)與技術(shù)研究院，江蘇南京210096)摘要:建立了氣流床煤氣化爐煤灰渣顆粒沉積和壁面反應(yīng)模型，相應(yīng)完善了渣層流動(dòng)、傳熱傳質(zhì)和相變模型，發(fā)展了數(shù)值模擬方法，并以國(guó)內(nèi)某型兩段式干煤粉加壓氣流床煤氣化中試爐為對(duì)象進(jìn)行了模擬。利用建立的模型可以得到壁面反應(yīng)速率、資層含碳量、固態(tài)渣層厚度、液態(tài)渣層厚度、查層平均溫度和液態(tài)渣層平均速度等。結(jié)果表明:氧煤比升高，渣層平均溫度升高，固態(tài)渣層厚度、液態(tài)渣層厚度和氣化爐出口灰渣含碳最降低。計(jì)算得到的灰渣含碳量在14%左右，整體碳轉(zhuǎn)化率為95.2%左右，與實(shí)際值相近。 通過模擬發(fā)現(xiàn)壁面反應(yīng)對(duì)于所.分析氣化爐的碳轉(zhuǎn)化率、排渣含碳量、壁面渣層流動(dòng)和溫度狀態(tài)具有重要影響，進(jìn)而影響氣化爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。關(guān)鍵詞:氣流床煤氣化爐;顆粒沉積;壁面反應(yīng);渣層.中圖分類號(hào): TK 124文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A文章編號(hào): 0438-1157 (2010) 05- 1219-07A model of wall reaction in entrained-flow coal gasifierLIU Sheng' , HAO Yingi'2, DU Min' , TAO Mingchun'( School of Energy and Environment，Southeast University, Nanjing 210096，Jiangsu, China;2 Institute of Space Science and Technology, Southeast University, Nanjing 210096，Jiangsu, China)Abstract: A model for the deposition and wall reaction of molten coal ash slag particle in entrained- flowcoal gasifier was proposed. The models of flow, heat and mass transfer, and phase change of slag layer inentrained flow coal gasifier were improved. The method of numerical simulation was developed. Simulationswere carried out on a Chinese pilot-scale two-stage dry feed entrained-flow gasifier. The carbon content ofslag layer, wall reaction rate, thicknesses of solid slag layer and liquid slag layer, average temperature ofslag layer, and average velocity of liquid slag layer were obtained with the proposed model. With increasingoxygen to coal ratio, the thicknesses of solid slag layer and liquid slag layer and carbon content of slaglayer at the outlet of gasifier decreased, while the average temperature of slag layer increased. The carboncontent of slag was about 14% , and carbon conversion of the gasifier was 95. 2%, which agreed with theexperiment data. It was revealed that wall reaction had significant effects on carbon conversion, carboncontent of slag, flow and temperature of slag layer in the gasifier. It might affect the reliability of practicaloperation of the gasifier.Key words: entrained-low coal gasifier; particle deposition; wall reaction; slag layer于灰渣流動(dòng)溫度，絕大部分熔融煤灰渣顆粒沉積到引言壁面，形成穩(wěn)定渣層，并從底部排渣口流出。氣流氣流床煤氣化爐采用液態(tài)排渣，其運(yùn)行溫度高床煤氣化爐爐體尺寸較小，采用高溫高壓快速混合2009-08-19收到初稿，2010-01 - 30收到修改稿。2009-08-19.聯(lián)系人:郝英立.第一作者:劉升(1982-), 男，博士研中國(guó)煤化工i, haoy@seu edu. cn究生.CNMHGstional Basic Research基金項(xiàng)目:國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研兗發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目Program ot China (zU1 D6C1UUC).(2010C22002)。●1220●化工學(xué)報(bào)第61卷操作來提高單位時(shí)間單位體積處理能力和效率，到究了渣層傳熱和相變以及流動(dòng)規(guī)律，但模型中尚未達(dá)渣層表面的顆粒中有相當(dāng)部分尚未反應(yīng)完全，當(dāng)考慮壁面反應(yīng)(燃燒)。本文在上述工作基礎(chǔ)上，在渣層表面暴露于氣相時(shí)將繼續(xù)反應(yīng)。壁面反應(yīng)改建立氣流床煤氣化爐內(nèi)熔融態(tài)煤灰渣顆粒璧面沉積變了爐內(nèi)傳熱傳質(zhì)邊界條件,降低了渣層含碳量，和壁面反應(yīng)模型，進(jìn)而完善相應(yīng)的渣層流動(dòng)、傳熱.提高了碳轉(zhuǎn)化率。在切圓高速輸入方式的氣化爐傳質(zhì)和相變模型，并以國(guó)內(nèi)某型24 t. d-'干煤粉中，氧化段壁面燃燒占總?cè)紵康南喈?dāng)大部分,.氣流床煤氣化中試爐為對(duì)象進(jìn)行模擬分析。對(duì)碳轉(zhuǎn)化率有重要影響。液態(tài)排渣鍋爐中同樣存在1數(shù)理模型壁面反應(yīng)，如液態(tài)排渣旋風(fēng)爐中，渣層表面燃燒的煤粉顆粒約占總煤粉的20%~30%[2]。壁面反應(yīng).氣流床煤氣化爐內(nèi)，部分煤/灰渣顆粒在劇烈也影響渣層流動(dòng)、傳熱傳質(zhì)和相變。對(duì)壁面反應(yīng)的湍流氣體夾帶下與壁面渣層發(fā)生碰撞，被渣層黏附研究是氣化爐研究不斷深人的重要研究?jī)?nèi)容，對(duì)建的顆粒成為渣層的一部分，其他未被黏附的顆粒則立完整的氣化爐流動(dòng)、傳熱傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)理論模繼續(xù)隨氣流運(yùn)動(dòng)。沉積顆粒既有反應(yīng)完全的灰渣顆型，全面研究和掌握其內(nèi)在規(guī)律具有重要意義。粒，也有未反應(yīng)完全的含碳顆粒。沉積到渣層表面.Walsh等[同針對(duì)覆蓋鍋爐水冷壁的渣層表面部的含碳顆粒在進(jìn)入渣層內(nèi)部之前暴露于氣體，會(huì)繼分為干的、部分為黏濕的，提出了基于灰熔點(diǎn)溫度續(xù)反應(yīng)。新的顆粒黏附到渣層表面后，表面原有顆和濟(jì)黏度來估算顆粒黏附概率隨氣體和表面溫度變粒被覆蓋而進(jìn)人渣層內(nèi)部，不再繼續(xù)反應(yīng)。新覆蓋化的模型。Richards 等|利用Walsh等提出的顆于表面的顆粒如含碳，則可繼續(xù)反應(yīng)，見圖1.粒捕獲模型建立了描述液態(tài)排渣鍋爐壁面煤灰渣顆solid slag layer粒黏附、壁面渣層形成和熱量傳遞的數(shù)學(xué)模型。-liquid slag layerWang等[5]簡(jiǎn)化了顆粒沉積通量計(jì)算方法，將surface particlesRichards等提出的模型應(yīng)用于大型液態(tài)排渣煤粉爐壁面熱流的計(jì)算，取得了較好結(jié)果。Shimizu 等l6](了heat對(duì)氣流床煤氣化爐條件下液態(tài)渣層表面煤焦顆粒的沉積現(xiàn)象進(jìn)行了研究，認(rèn)為煤焦顆粒碰到液態(tài)渣層:<-了表面時(shí)，則被渣層表面捕獲;而碰到位于渣層表面mass未反應(yīng)的煤焦顆粒時(shí)，則反彈回氣流不被捕獲。e iner particlesSeggianift]、韓志明等[0]和周俊虎等0]分別對(duì)Prenflo氣化爐、Shell 氣化爐和某型粉煤氣化爐壁圖1氣流床煤氣化爐煤灰渣沉積示意圖面渣層的流動(dòng)和傳熱進(jìn)行了研究，均采用質(zhì)量守恒Fig. 1 Schematic diagram of coal/ash計(jì)算渣層厚度，假設(shè)線性溫度分布計(jì)算渣層的熱流.particle deposition on slag surface in通量和固態(tài)渣層厚度，認(rèn)為到達(dá)渣層表面的顆粒全entrained-flow coal gasifier部被捕獲，沒有考慮未燃盡顆粒在渣層表面的繼續(xù)1.1渣層表面煤灰渣顆粒黏附模型反應(yīng)過程。汪小憨410] 研究液態(tài)排渣燃燒器，應(yīng)用運(yùn)動(dòng)到渣層表面的顆粒能否被渣層捕獲與顆粒Walsh等提出的顆粒捕獲模型計(jì)算壁面顆粒黏附的速度、黏度、溫度、直徑、表面張力、沖擊角以率，對(duì)壁面反應(yīng)(燃燒)進(jìn)行了探討，初步建立了及渣層表面特性等有關(guān)，其中起決定作用的是顆粒相應(yīng)模型，為爐內(nèi)計(jì)算提供邊界條件，但沒有深入和渣層表面的黏度。顆粒的黏附概率為[8]分析壁面反應(yīng)、渣層流動(dòng)和傳熱，更沒有考慮渣層fam= y(T,) +[1- y(T,)]ywm(Tmn)-內(nèi)的相變。k.[1- y(T,)][1-ywu(Tun)](1)作者前文"發(fā)展了氣流床煤氣化爐內(nèi)復(fù)雜多式中右邊第一項(xiàng)為 黏顆粒在渣層表面的黏附概相流動(dòng)、熱質(zhì)傳遞和化學(xué)反應(yīng)過程數(shù)理模型，獲得中國(guó)煤化工i黏附的概率，第了爐內(nèi)復(fù)雜湍流流場(chǎng)、溫度分布、碳轉(zhuǎn)化率、氣體三項(xiàng)MHCN M H G導(dǎo)致的黏附概率組分和顆粒壁面沉積等18-13);前文([4+15]建立了 描的減少。新附慨率y(1)值由式(2) 確定述壁面渣層流動(dòng)、熱質(zhì)傳遞和相變的數(shù)理模型，研y(T)=1 μ(T)≤P第5期劉升等:氣流床煤氣化爐壁面反應(yīng)模型.●1221●y(T) = Po/p(T)μ(T)> Hr .(2)力高于2. 0 MPa,煤粉顆粒在爐內(nèi)相繼發(fā)生水分蒸.氣流床煤氣化爐內(nèi)煤灰渣顆粒和渣層表面的黏.發(fā)、揮發(fā)分析出、與氣相的異相反應(yīng)，待運(yùn)動(dòng)到渣度均低于煤灰渣的臨界黏度Po，則式(1)中層表面時(shí)顆粒如還未反應(yīng)完全，也只含未燃盡的.y(T,)和ywu(Tsm)的值為1,即式(1) 的值恒碳，不含水分和揮發(fā)分。所以，發(fā)生在渣層表面的為1,因而運(yùn)動(dòng)到渣層表面的煤灰渣顆粒全部黏附壁面反應(yīng)只需考慮碳與氣相的異相反應(yīng)。到渣層表面。燃燒:1.2 渣層表面煤灰渣顆粒分布模型2C+O2→C(0)+CO k(3)顆粒在渣層表面占據(jù)的區(qū)域面積定義為該顆粒C+C(O)+O2→CO2 +C(O) k,(4)的投影面積和周邊相關(guān)面積之和，如圖2所示。沉C(O)→C ka(5)積到渣層表面的顆粒可能不為球形，但對(duì)于熔融態(tài)還原:渣滴顆粒,表面張力作用使顆粒形狀趨向于球形。C+CO2一C(O)+C0 k,kl(6)C(O)→CO ks(7)所以，本文近似取與顆粒投影面積相同的圓代表實(shí)C+ H2O=-C(O)+H2 k,k'o8)際顆粒投影。C(O)- + CO(9)圖2中，圓O。(O。 點(diǎn)為圓心，下同)為某一C+2H,-→CH，kg(10)顆粒在渣層表面投影，圓O，圓O2, ..圓O其中，反應(yīng)(6)和反應(yīng)(8)為可逆反應(yīng)。C(O)為與其相鄰的顆粒投影(這里給出了7個(gè)投影，實(shí)為碳化學(xué)吸附氧后形成的碳氧復(fù)合物，CO2和水際可能超過或不足7個(gè))。分別作圓O。和圓O，蒸氣的還原過程涉及碳氧復(fù)合物，即反應(yīng)(7)和圓O2，.，圓O的圓心連線，并按照半徑的比例反應(yīng)(9)。但這兩個(gè)反應(yīng)中碳氧復(fù)合物的解吸速率將每條圓心連線分為兩個(gè)部分，點(diǎn)B，Br, ..不同，其關(guān)系為y=kg/kr, Y與溫度和煤的性質(zhì)有.Br為分割點(diǎn)。分別過點(diǎn)B, Br，.，Br作各圓關(guān)，與壓力無關(guān)[16]。準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)條件下反應(yīng)速率為心連線的垂線么，h，.，L.若l;與其相鄰的l-1R= Recm + Rocu(11)和1:+1分別在圓心連線0,O,兩側(cè)相交，則認(rèn)為圓其中0,與圓O。相關(guān)，如圓O，圓O2,圓O,, .圓_kkqPf, +kkPo,O,;否則認(rèn)為該圓與中心圓O%無關(guān)，如圓03.直Rocm=- kPor +ks/2(12)線L, l2, l, ls, l6, ln圍成的多邊形(圖中陰影:臺(tái)Pa, +智Pro部分)就是圓O%代表的顆粒在渣層表面占據(jù)的面積。1+r號(hào)Pa, +r號(hào)P∞+臺(tái)Pnpo+ APn(13)反應(yīng)(3) ~ (10) 的反應(yīng)速率參見文獻(xiàn)[17-18]。Q\,! o1.4 渣層流動(dòng)、傳熱傳質(zhì)和相變模型壁面反應(yīng)必然導(dǎo)致渣層與爐內(nèi)氣相間質(zhì)量傳遞和能量的釋放/吸收，必須在渣層流動(dòng)、傳熱傳質(zhì)和相變模型中反映其影響。則i單元內(nèi)渣層厚度隨時(shí)間的變化可以描述為= 9o.0. 土9en.s.-1二9e.v二9m.(141A:p考慮壁面反應(yīng)影響的渣層流動(dòng)連續(xù)性方程、動(dòng)圖2渣層表面顆粒分 布示意圖量方程和能量方程分別為.Fig. 2 Particle distribution on slag layer surfacei+V●.(pw)=m-m(15)根據(jù)各個(gè)顆粒在渣層表面占據(jù)的面積和其是否含碳，可以將渣層表面分為反應(yīng)區(qū)域(覆蓋含碳顆中國(guó)煤化工Vp+粒)和非反應(yīng)區(qū)域(覆蓋不含碳顆粒)兩個(gè)部分。1.3 渣層表面含碳顆粒反應(yīng)模型MYHC NM H G%o-imv (16)氣流床煤氣化爐運(yùn)行溫度在1300C以上，壓((pH)+V●(QHv)=0+●1222●化工學(xué)報(bào)第61卷V●(加)+V●[(λ+h)V7]+m,Q, + maH。(17)syngasT char particle渣層相變采用焓法計(jì)算，以灰渣的黏度臨界溫度I I'ell metal shellTev為相變溫度。H water wallrefractory、 lining2模型應(yīng)用ish2.1簡(jiǎn)化和假設(shè)氣化爐內(nèi)煤灰渣顆粒粒徑分布較廣，顆粒在渣nozzle '層表面的分布情況復(fù)雜，計(jì)算中假設(shè)同一表面單元19內(nèi)沉積顆粒的粒徑相同、均勻分布、碳含量相同;化學(xué)反應(yīng)消耗的碳折算為含碳顆粒數(shù)量的減少。2.2 計(jì)算中渣層表面顆粒數(shù)的計(jì)算圖3氣化爐-段爐體結(jié)構(gòu)示意圖(mm)沉積到渣層表面的顆粒在一一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)結(jié)束后Fig.3 Schematic diagram of the first stage可分為3部分: (1)在壁面反應(yīng)中被消耗; (2) 被two stage dry feed entrained-flow gasifier (mm)后續(xù)沉積的顆粒覆蓋進(jìn)入渣層內(nèi)部; (3)停留在渣層表面繼續(xù)反應(yīng)。則，當(dāng)一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)結(jié)束后渣層.5 rcase 1表面的顆粒數(shù)為.0case 2▲o■case 3N;= Nnu.-n+Na.+ N9- N.,- Nou.- N.... (18)50▲▲口■其中，N..=mo.,RA./me.p.?！觥?計(jì)算結(jié)果3.1計(jì)算條件0.0050.010 150000701700 1800以某型24 t.d-'兩段式干煤粉加壓氣流床煤9nmil/g.s-1氣化爐為對(duì)象。該爐下部一段為高溫段， 上部二段圖4各計(jì)算單元中煤 灰渣顆粒沉積量和爐膛溫度為低溫段，中試得到出口煤氣溫度為530C左右，F(xiàn)ig. 4 Deposite mass of ash particles and二段爐膛溫度低于煤灰渣的流動(dòng)溫度。前temperature of hearth in each cell文([21)采用神木煤對(duì)爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行計(jì)算得到表1不同工況的氧煤 比和顆粒的碳含1 k的結(jié)果也發(fā)現(xiàn)二段爐膛溫度低于煤灰渣的流動(dòng)溫Table 102/coal and slag particle carbon content度，因而渣層計(jì)算只對(duì)一段進(jìn)行，見圖3。以前Oz mass .Coal flowCarbonO2文(21)]的計(jì)算結(jié)果為邊界條件，邊界條件和初始.CaserateCelli content/kg.h-1 /kg.h-1/%條件見圖4和表1,其中工況1.2和3考慮壁面CRe 10010000.6反應(yīng)，工況4作為對(duì)比工況不考慮璧面反應(yīng)。- -9 67.82模擬中采用的煤灰的成分分析見表2，物性參0.7 1-7 50. 65數(shù)為: μ=1.0X10°e- 012T7 Pa. s; λ=1.33 W●7600.76 1-7 58. 62m-1●K-1; cp=1120.0 kJ●kg-'●K-; T。=8-9 59.571500.0 K.case 40.750.653.2璧面反應(yīng)對(duì)爐內(nèi)碳轉(zhuǎn)化率和渣層的影響8-965. 58前文(1213] 對(duì)爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)計(jì)算得到，工況2和Note: Wall reaction is not considered in case 4.工況3在不考慮飛灰再循環(huán)和壁面反應(yīng)時(shí)得到的爐表2灰潼成分內(nèi)整體碳轉(zhuǎn)化率為88. 9%和91%?？紤]了壁面反Table2 Components of coal ash slag應(yīng)后，工況2的整體碳轉(zhuǎn)化率增加6.3%，達(dá)到SiO/% AlO:/%Fe2O%/% Ca0/%Mg0/%95.2%;工況3的整體碳轉(zhuǎn)化率增加4.4%，達(dá)到中國(guó)煤化工1.92.195.4%，均較中試得到的98.9%略低，主要由于TYHCNMHG計(jì)算中沒有考慮飛灰再循環(huán)所致。從圖5和圖6給出的工況2和工況4結(jié)果可第5期劉升等:氣流床煤氣化爐壁面反應(yīng)模型●1223 ●見，噴嘴上部壁面反應(yīng)速率較低，消耗碳量較少，2.5兩工況的液態(tài)渣層的厚度、平均速度和平均溫度都▲case 12.0申。case 210相近;噴嘴附近壁面反應(yīng)速率較高，消耗的碳增■case 3,1.5T加，噴嘴下部工況4的液態(tài)渣層比工況2的厚約10%，液態(tài)渣層平均速度比工況2的大約20%。噴嘴附近區(qū)域的壁面反應(yīng)以氧化為主，工況2的平均溫度0.5. 蛹高于工況4的。兩個(gè)工況中的固態(tài)渣層厚度相近。0 5101520250 1020 3040 50 602.5 rcase 2 solid slag layerrate of wall reaction/s-1 carbon content%2.0■case 2 liquid slag layer圖7工況1到工況3中壁面反應(yīng)速率和渣層碳含量.5x case 4 solid slag layerFig.7 Rate of wall reaction and slag layer.5 Fv case 4 liquid slag layercarbon content in case 1 to case 3).5 tm以上區(qū)域渣層平均溫度變化較小，0.7 m開始渣層溫度降低的幅度增加。工況2中，0.7 m以上固0.01 0.02 0.03 0.04態(tài)渣層和液態(tài)渣層厚度相當(dāng)，0.7 m以下固態(tài)渣層thickness/m厚度大于液態(tài)渣層厚度;工況3沉積顆粒溫度較.圖5工況2和工況 4中渣層厚度Fig.5 Thickness of slag layer in case 2 and case 4高，僅在0.3 m以下固態(tài)渣層厚度才超過液態(tài)渣層厚度。噴嘴上部渣層在向下流動(dòng)過程中，爐膛溫2.▲case 2度升高，渣層溫度降低的幅度較小，固態(tài)渣層厚度。case4變化較小;噴嘴下部爐溫降低，渣層溫度降低的幅度增加，固態(tài)渣層厚度增加較快。固態(tài)渣層厚度和渣層平均溫度的變化相一致，見圖8和圖9.0.5▲。liquid slag layersolid slag layero s^8D。A case 1▲case I1000 1200 1400 1600 00.01 0.02I case2■case2T/Kv/m-s-1x case3圖6工況2和工況 4中渣層平均溫度和液態(tài)渣層平均速度Fig.6 Average temperature of slag layer and averagevelocity of liquid slag layer in case 2 and case 4可見，壁面反應(yīng)對(duì)氣流床煤氣化爐內(nèi)碳轉(zhuǎn)化率00.000.008 0 0.025 0.05 0.075 0.1的計(jì)算，分析爐內(nèi)的多相流動(dòng)和傳熱傳質(zhì)，以及渣圖8工況1到工況3的璧面渣層厚度層行為有重要意義。Fig.8 Thickness of slag layer in case 1 to case 33.3氧煤比對(duì)渣層 的影響工況2中沉積顆粒的碳含量比工況3的低，且2:壁面反應(yīng)速率也低于工況3的。兩工況中沉積顆粒0 case2所含碳分別約有85%和88%在壁面反應(yīng)中消耗，■case3排渣口渣層碳含量均約為14%，與氣化爐實(shí)際的E日1.0灰渣碳含量約為10%接近。工況1中壁面反應(yīng)速0.率相對(duì)較小，沉積顆粒的碳含量高達(dá)70%,其出口處渣層碳含量高達(dá)30%左右，但沉積到壁面上1000 1200 1400 16000.010.02的碳仍約有78%在璧面反應(yīng)中轉(zhuǎn)化，如圖7所示。中國(guó)煤化工v/m.s-1工況1中，沉積顆粒的溫度最低，渣層平均溫圖9CNMHG和液態(tài)渣層平均速度度從上至下以較大幅度降低，固態(tài)渣層厚度在整個(gè)Fig.y Average temperature ot slag layer and average高度上均大于液態(tài)渣層。工況2和工況3中，0.7velocity of liquid slag layer in case 1 to case31224●化工學(xué)報(bào)第61卷渣層流動(dòng)由重力驅(qū)動(dòng)，其流速由液態(tài)渣層厚符號(hào)說明度、顆粒沉積量、渣層黏度(溫度)等共同決定?；以酿ざ仍谂R界溫度以上變化較為平緩，黏度對(duì)A;一-單元i渣層表面積，m2渣層流動(dòng)的影響相對(duì)其他因素要小得多。液態(tài)渣層.cp-灰渣的平均比熱容，J.kg-1●K-1厚度小于5 mm,在邊界層影響范圍內(nèi)，邊界層效顆粒黏附概率應(yīng)對(duì)速度的影響最大，且液態(tài)濟(jì)層越厚速度越大。.H_--沉積于渣層表面顆粒的比焓，J. kg-'m-質(zhì)量，kg同時(shí)，沉積量越大，沉積顆粒帶入渣層的動(dòng)能越大。工況1的沉積量最大，液態(tài)渣層最厚，液態(tài)渣m-質(zhì)量通量，kg.m-*.s-'N- - .渣層表面顆粒數(shù)層的平均速度在這3個(gè)工況中最大。Na-時(shí)間步內(nèi)沉積的顆粒數(shù)適當(dāng)降低氧煤比可以增加固態(tài)渣層厚度，更好Nimer---時(shí)間步內(nèi)被獲蓋的顆粒數(shù)地保護(hù)水冷壁。但氧煤比過低，會(huì)導(dǎo)致渣層碳含量時(shí)間步內(nèi)流出顆粒數(shù)明顯增加，甚至?xí)鹋旁粫车葐栴}。因而，選N,--時(shí)間步內(nèi) 反應(yīng)的顆粒數(shù)擇合適的氧煤比對(duì)氣化爐的穩(wěn)定運(yùn)行、獲得良好的N°一-時(shí)間步初始渣層表面顆粒數(shù)經(jīng)濟(jì)效益有至關(guān)重要的作用。.P---氣體組分分壓，Pa本文結(jié)合前文建立了分析、模擬氣流床煤氣化9m-質(zhì)量流量，kg.s-'爐壁面渣層行為的數(shù)學(xué)模型。渣層計(jì)算需要的邊界R一-反應(yīng)速率，s"條件由爐內(nèi)計(jì)算提供，爐內(nèi)計(jì)算的結(jié)果決定了渣層T一溫度， K模擬的計(jì)算精度。粒徑選擇過小計(jì)算得到的壁面反r速度矢量， m.s-'-黏附概率應(yīng)速率偏大，壁面反應(yīng)消耗的碳量增加;粒徑過大渣層厚度，m則計(jì)算得到的壁面反應(yīng)速率偏小，壁面反應(yīng)消耗的-熱導(dǎo)率，W.m-1.K-'碳量減少，需要根據(jù)實(shí)際情況確定合理的粒徑。在p- -黏度，Pa.s渣層流動(dòng)計(jì)算中，對(duì)多種湍流模型比較后，建議選下角標(biāo)擇低Reynolds數(shù)模型來處理湍流。cv--臨界黏度狀態(tài) :4結(jié)論g-氣體本文初步建立了氣流床煤氣化爐壁面渣層表面in一壁 面沉積顆粒沉積和壁面反應(yīng)模型，相應(yīng)完善了渣層流動(dòng)、p一-顆粒傳熱傳質(zhì)和相變數(shù)學(xué)模型，發(fā)展了數(shù)值模擬方法，-化學(xué)反應(yīng) .以國(guó)內(nèi)某型兩段式干煤粉加壓氣流床煤氣化中試爐slag--煤灰渣sur--渣層表面.為對(duì)象進(jìn)行了模擬。所研究工況中壁面沉積顆粒所含碳約85%在References壁面反應(yīng)中消耗，排渣口處渣層碳含量約為14%,[1] Chen Caixia， HorioMasayuki,Kojima考慮了壁面反應(yīng)后得到的整體碳轉(zhuǎn)化率為95.2%，Numerical simulation of entrained flow coal gasifiers (Part比未考慮壁面反應(yīng)的模型結(jié)果更接近中試結(jié)果。液I); Modeling of coal gasification in an entrained flow態(tài)渣層厚度從上至下變化較為平緩，固態(tài)渣層厚度.gasifier. Chemical Engineering Science, 2000, 55 (18):3861-3874則逐漸增加。氧煤比增大，渣層平均溫度升高，固[2] The Thermal Engineering Institute of Ministry of Water態(tài)渣層厚度減少，壁面反應(yīng)消耗的碳增加，出口渣Conservancy and Electric Power. Turbofurnace and Its Ash層碳含量降低。氧煤比對(duì)壁面渣層和氣化爐的運(yùn)行Uilzation (旋風(fēng)爐及其灰渣綜合利用). Beiing: The有重要影響。Press of Ministry of Water Conservancy and Eletric Power,壁面反應(yīng)是干粉氣流床煤氣化爐內(nèi)的重要現(xiàn)中國(guó)煤化工。Do, MoreLs,象，對(duì)碳轉(zhuǎn)化效率、壁面渣層流動(dòng)和傳熱過程有至CN M H Grinous colalashon a關(guān)重要的影響。本文發(fā)展的模型和方法對(duì)氣化爐設(shè)sSolatea hear excnanger tuDe: ertects of coal properties on計(jì)和安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。deposit growth. Progress in Energy and Combustion第5期劉升等:氣流床煤氣化爐壁面反應(yīng)模型1225●Science, 1990， 16 (4): 327-346Proceedings of the International Symposium on Coal[4] RichardsG H, Slater P N, HarbJ N. Simulation of ashCombustion. 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