流化床气化炉内气固流动及过程模拟与分析

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1、密级：中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences博士学位论文作者姓名：割蜇蚤指导教师：崖生壹丞婴塞旦主国叠瞳!暄出亘堪送螳堑塞逝整量垩婴塞旦主国型堂医出酉堪送螳巫塞逝学位类别：王堂蝗±学科专业：丝堂王茎培养单位：主国整堂院出酉堪越丝!差亚究压二零一二年十月ByLiuZheyuADi豁ertationSubmittedtoUnive体时ofChinese蛔demyofScie眦鹤InpanialfulfiUmentoftherequirementForthedegreeofD0ctor

2、ofEngineeringIns由hteofCoalChemist啊ChineseAcademyofSciences7raiyuan，Shanxi，P．R．ChinaOc幻beR2012致谢—————————————————————————————————_————————一在论文即将搁笔之际，首先感谢两位恩师房倚天研究员和邓蜀平研究员在论文写作过程中给予作者悉心地指导，从而使论文工作得以顺利完成。两位恩师广博的学识、宽广的胸怀以及平易近人的态度使作者受益匪浅，在此衷心祝两位恩师身体健康、工作顺利!衷心感谢黄戒介研究员、赵建涛

3、研究员精心指导作者开拓研究思路使得论文工作能够顺利开展。感谢张永奇副研究员、程中虎副研究员、李庆峰副研究员、张林仙副研究员、王志青博士、李春玉博士、郝振华博士、张磊博士及王志宇、冀少华工程师在论文工作过程中给予作者的建议和帮助。感谢粉煤气化工程研究中心其他工作人员给予作者的大力支持和帮助。另外特别感谢805组蒋云峰副研究员、宋惠森高级工程师以及刘永、王敏龙、武晓剑、梁栋、李茜、许志琴、毋瑞瑞等助理研究员对论文工作的指导和帮助!感谢黄戒介研究员、李文研究员、杨建丽研究员、赵建涛研究员、毕继诚研究员、相宏伟研究员、黄张根研究员在开

4、题和中期汇报中的建议和指导。攻读博士期问，与刘建峰、景旭亮、张乾、余钟亮、王建飞、朱全红、郭姣姣、方惠斌、李风海、任海君、张继柱、李俊国、闫琪轩、刘朋飞、王志雨、张邰、高松平、丁亮、王海艳、杨鑫、周福勋、霍晓东、张军伟、陈伟博、黄国宝、宋素芳等诸位师兄弟(姐妹)建立了深厚的同门情谊，衷心感谢他(她)们给作者在科研工作和日常生活中的关心和帮助。感谢多年的同窗好友温健以及张娟、李磊、肖客松、钟明、郭晓宁、陈淑海、陈垒、王剑、李登华、陈伦刚、项晓敏、魏玲、郭振兴等同学在三年学习生活中的支持与鼓励。感谢研究生部梁萍、韩丽娜、原辉、孔鹏

5、、王娜等老师几年来的关怀，感谢图书馆、物资处等部门的工作人员提供的诸多方便和热情帮助。最后，谨将此论文献给勤劳善良的父母，正是他们的辛勤付出才使得作者得以安心完成学业。感谢妻子姜泳杉以及岳父母的关心、鼓励与支持。列营语2012年10月流化床气化炉内气固流动及过程模拟与分析摘要流化床气化技术是粉煤制取燃料气及合成气的有效方式之一。在众多流化床气化技术中，灰熔聚流化床粉煤气化技术是一种前景广阔的洁净煤技术，具有适应煤种范围宽、操作条件温和、氧耗低、投资小等优势。为加快灰熔聚流化床加压煤气化工艺开发进程，在传统实验手段开发过程中辅以

6、灰熔聚流化床气化模拟研究十分必要。近年来计算流体力学方法和工艺流程模拟方法得到大力发展，已经成为新一代化工过程设计、开发、优化的重要工具。由于流化床内稠密气固流动的不均匀性及煤气化反应的复杂性，加压灰熔聚流化床气化炉的模型研究有待于进一步完善。本论文结合FLu脒T和ASPENPLuS软件在加压灰熔聚流化床气化炉模型开发方面的优势，主要研究了加压下灰熔聚流化床气化炉内气固流动规律及气化特性。在传统欧拉一欧拉双流体模型基础上结合颗粒动力学理论，基于FLUENT软件平台构建了稠密气固两相流动模型。该模型针对灰熔聚流化床带有锥形分布板

7、和中心射流管的特点，采用UI)F编程手段改进了G订aspow曳力模型参数使得模拟结果与实验测量结果吻合较好。另外，利用该模型研究了加压条件下实验室规模及中试规模的灰熔聚流化床内气固流动特性。模拟结果显示气固之问曳力越大，床层膨胀比越大。射流深度随中心管射流气速增加而增加，而分布板气速增加将会对中心射流产生削弱作用并导致射流深度降低。在相同操作气速下，随着操作压力提高膨胀比和床层空隙率增加。在相同操作压力下，膨胀比随着床层表观气速增加而增加。结合稠密气固两相流动模型对灰熔聚流化床内流场分析，基于ASPENPLus软件平台并借助F

8、ORT＆气N语句耦合加压气化动力学和流体动力学参数开发了灰熔聚流化床气化反应过程模型。在气化炉温度、煤气组成及气化指标等方面，该模型预测结果与加压中试试验结果吻合较好。随后该模型被用于考察单个操作参数(操作压力、氧煤比、汽煤比、气化剂预热温度等)变化对加压灰熔聚流化床气化特性