考虑颗粒边界层气相反应的炭粒气化过程模型预报

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1、第17卷第1期燃烧科学与技术Vol.17No.12011年2月JournalofCombustionScienceandTechnologyFeb.2011▋考虑颗粒边界层气相反应的炭粒气化过程模型预报张健，章明川，于娟，林郁郁，张楚(上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240)摘要：建立了描述炭粒气化过程的移动火焰锋面模型(MFF-G模型)，模型考虑了颗粒边界层气相反应(CO燃烧和水煤气置换反应)的影响，以及CO和H2对气化的抑制作用、颗粒孔隙变化的影响等．新模型被用于气流床气化炉的一维数值计算中，预报结果显示在燃烧/气化的连续过程中炭粒与环

2、境之间有着明显的温度差异，考虑颗粒边界层气相反应有助于更准确地预报颗粒温度和气化产物．关键词：炭粒；燃烧；气化；气相反应中图分类号：TK16文献标志码：A文章编号：1006-8740(2011)01-0049-07ModelingofCharGasificationProcessTakingintoAccountHomogeneousReactionsinParticleBoundaryLayerZHANGJian，ZHANGMing-chuan，YUJuan，LINYu-yu，ZHANGChu(SchoolofMechanicalEngineeri

3、ng，ShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200240，China)Abstract：Themovingflamefrontmodelforgasification(MFF-Gmodel)wasbuilttopredictchargasificationproc-ess．Theinfluenceofhomogeneousreactionsintheparticleboundarylayer(i.e.COcombustionandwater-gasshiftreaction)，theinhibitingeffectso

4、fmonoxideandhydrogenandtheeffectofporestructureweretakenintoaccount.TheMFF-Gmodelwasusedinone-dimensionalgasificationsimulationfortheentrainedflowgasifier.Theresultsshowthatdistincttemperaturedifferenceactuallyexistsbetweencharparticlesandambientgasinthecontinuousprocessfromcom

5、bustiontogasification.Withhomogeneousreactionsintheparticleboundarylayer.Moreaccuratepredictionsofparticletemperatureandgasificationproductswillbemade.Keywords：charparticle；combustion；gasification；homogeneousreaction[1]煤粉气化过程主要包括3个阶段．①燃烧阶段：发展．Watkinson等提出了一种简单的化学平衡方[2]首先煤粉中的水分、

6、挥发分快速析出，接着挥发分与法，预报了气化产物的组成．Vamvuka等使用焦炭发生剧烈的氧化反应，其中也包括炉内射流卷吸Arrhenius方程，基于质量/能量守恒与化学平衡，进行[3]的CO和H2的燃烧，过程中氧气不断消耗．②气化阶了一维气化炉计算.Liu等使用Langmuir-段：焦炭与H2O、CO2等发生异相反应，生成CO与Hinshelwood(L-H)方程预报了炭粒气化过程.Wata-[4]H2等．与燃烧阶段相比，反应相对缓慢．③达到新的nabe等使用Arrhenius方程与随机孔模型进行了气平衡：反应初产物参与气相反应，最终系统达到新的化炉

7、内二维的数值预报．化学平衡．上述第②、③阶段并没有明显的分界．在实际的气化炉中，由于初期挥发分与焦炭燃烧过去的20年间，气化过程的理论计算得到大的的放热，气体温度能达到1,700,K以上，颗粒温度甚收稿日期：2010-06-11．基金项目：国家自然科学基金资助项目（50736006）；国家重点基础研究发展计划（973计划）资助项目(2004CB217703，2006CB200303）．作者简介：张健（1978—），男，博士，jian064@163.com．通讯作者：章明川，mczhang@sjtu.edu.cn.·50·燃烧科学与技术第17卷第1期至

8、达到2,000,K以上，此时焦炭颗粒与环境之间存在环境中水蒸气的增加会促进碳燃烧，但环境中水蒸气着明显的温度