超临界水煤气化过程换热器沉积状况数值模拟研究.pdf

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1、化工设计通讯第４１卷第２期·２０·ＣｈｅｍｉｃａｌEｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｓｉｇｎＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ２０１５年４月超临界水煤气化过程换热器沉积状况数值模拟研究；姜华（湖南省邵阳市燃气管理办公室，湖南邵阳４２２０００）摘要：建立了超临界水煤气化换热器在超临界水与煤颗粒体系下的三维瞬态ＣFＤ模型，利用ＩＡPWS物性数据库计算超临界水的物性，应用ＣFＸ软件模拟研究了竖直放置的超临界水煤气化管壳式换热器的管箱在不同进料条件和换热器结构下的沉积状况并对其结构进行了优化。利用已有的实验结果对模型进行了验证。研究表明，立式换热器管箱垂直进料在减少颗粒沉积方面优于侧边进料和倾斜进

2、料，合适的管箱高度可以减少颗粒的沉积，应尽量减少１ｍｍ以上的大颗粒的含量。研究结果对超临界水煤气化过程中使用的换热器的研究设计具有一定的理论意义和工程实用价值。关键词：超临界水；多相流；数值模拟中图分类号：ＴK１７２文献标志码：Ａ文章编号：１００３-６４９０（２０１５）０２-００２０-０６NumericalmodelingofdepositionconditioninheatexchangerforcoalgasificationinsupercriticalwaterJiangHua（SｈａｏｙａｎｇＧａｓＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎＯｆｆｉｃｅｏｆHｕｎａｎPｒｏｖｉｃｅ

3、，Sｈａｏｙａｎｇ，４２２０００）Abstract：Ａ３Ｄｍｏｄｅｌｏｆｓｈｅｌｌａｎｄｔｕｂｅｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｕｓｅｄｉｎｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｗａｔｅｒｃｏａｌｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｉｎｃｌｕｄｉｎｇｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｐｈａｓｅａｎｄｓｏｌｉｄｐｈａｓｅｓ．ＩＡPWSｄａｔａｂａｓｅｈａｓｂｅｅｎｕｓｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｗａｔｅｒ．ＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗａｓｓｔｕｄｉｅｄａｄｏｐｔｉｎｇＣFＸｉｎｔｅｒｍｓｏｆｄｅｐｏｓｉｔｉｏ

4、ｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｕｎｄｅｒｖａｒｉｅｄｆｅｅｄａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｖｅｒｔｉｃａｌｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｔｕｂｅｂｏｘａｎｄｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｅｘｃｈａｎｇｅｒｗａｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．Ｔｈｅｍｏｄｅｌｈａｓｂｅｅｎｖａｌｉｄａｔｅｄｂｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｖｅｒｔｉｃａｌｉｎｌｅｔｔｙｐｅｗａｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｔｈｅｏｔｈｅｒｔｙｐｅａｎｄｐｒｏｐｅｒｈｅｉｇｈｔｏｆｔｈｅｔｕｂｅｂｏｘｃｏｕｌｄｒｅｄｕｃｅｔｈｅｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｍａｓｓ．Ｔｈｅｐｅｒｃｅｎｔａ

5、ｇｅｏｆｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｗｈｏｓｅｓｉｚｅｌａｒｇｅｒｔｈａｎ１ｍｍｓｈｏｕｌｄｂｅｒｅｄｕｃｅｄｔｏｔｈｅｇｒｅａｔｅｓｔｅｘｔｅｎｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｐｒｏｖｉｄｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｇｕｉｄｅｔｏｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｉｎｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｗａｔｅｒｃｏａｌｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ．Keywords：Sｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｗａｔｅｒ；Mｕｌｔｉｐｈａｓｅｆｌｏｗ；Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ化制造清洁能源（氢气和天然气）引起了国内外大０引言［１，２］量学者的关注和研究。超临界水煤气化过程湖

6、南省邵阳市具有丰富的煤炭资源，大力发通常需要换热器加热和冷却物料，工业应用中通展煤制天然气通过管道输送并经调压配气后进行常使用管壳式换热器和盘管式换热器等。超临界化工和民用，不但符合煤炭清洁利用的发展方向，水煤气化的物料包含煤颗粒或者反应产物中的固同时也是天然气供应的有效补充。近些年来，作体颗粒。这些固体颗粒在换热器中，通常会引起为一种比较高效的煤炭资源的清洁利用途径，在对管箱和管板的磨损以及在管箱内的沉积问题。超临界水环境下进行低温催化煤气化及生物质气这些物料中的颗粒尺寸并不均匀，总是不可避免收稿日期：２０１５－０４－０８作者简介：姜华（１９６７－），女，汉族，湖南邵阳人，

7、毕业于重庆建工学院城建系燃气专业，工程师，主要从事燃气管理技术工作。第２期姜华：超临界水煤气化过程换热器沉积状况数值模拟研究·２１·地存在一定量的小于其带出速度的大颗粒，以至于出现颗粒的积累。随着操作时间的延长，堆积的固体颗粒以及颗粒间的碰撞将会进一步加剧换热器中管路壁面的腐蚀和磨损，尤其是处在超临［３］界水中，这种情况会更加严重。另外，不适宜的换热器管箱结构会导致颗粒在换热器中分布不均［４］匀，这会导致换热器管板龟裂以及换热器的低传热效率，甚至还会引起管路堵塞和腐蚀泄露［５］问题。管路中的沉积状况和磨