恩德粉煤氣化爐氣固噴射器的流動(dòng)特性研究

【摘要】：本文針對(duì)一臺(tái)制氣量為20000Nm3/h的恩德粉煤氣化爐存在飛灰含碳量高,碳轉(zhuǎn)化率低的問(wèn)題展開(kāi)研究。首次提出在恩德粉煤氣化爐高溫旋風(fēng)分離器回料管內(nèi)加裝氣固噴射器的方案,并對(duì)氣固噴射器進(jìn)行了理論設(shè)計(jì),同時(shí)利用Fluent軟件對(duì)氣固噴射器進(jìn)行了模擬計(jì)算,研究了不同工作參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)氣固噴射器內(nèi)流場(chǎng)及其特性的影響,以期為氣固噴射器的實(shí)際設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供理論指導(dǎo)。本論文在索科洛夫的一維噴射器設(shè)計(jì)理論的基礎(chǔ)上,采用氣體動(dòng)力函數(shù)法并結(jié)合熱力學(xué)基本定律,整理出適用于氣固兩相流的噴射器設(shè)計(jì)方法,并根據(jù)該方法編寫(xiě)了氣固噴射器結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算程序,建立了恩德粉煤氣化爐的氣固噴射器幾何模型。通過(guò)研究選取了適用于氣固噴射器模擬的模型方法,并將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果做了對(duì)比,二者結(jié)果基本一致,證明了模型方法選取的正確性。因?yàn)閲娚淦鲀?nèi)流體流動(dòng)較為復(fù)雜,僅用一維理論無(wú)法獲得其內(nèi)部流體的流動(dòng)情況。本文利用數(shù)值計(jì)算方法,首先對(duì)氣固噴射器進(jìn)行了單相數(shù)值模擬,通過(guò)改變蒸汽壓力,引射煙氣壓力,噴射器出口壓力以及噴嘴距的大小,模擬得到了不同工況下噴射器的氣體噴射系數(shù)。通過(guò)對(duì)模擬結(jié)果的分析,得到了不同參數(shù)對(duì)氣固噴射器內(nèi)部流動(dòng)特性的影響。在單相數(shù)值模擬基礎(chǔ)上對(duì)氣固兩相進(jìn)行了數(shù)值模擬,計(jì)算結(jié)果表明:(1)當(dāng)蒸汽壓力0pp?時(shí),固體引射率為0;當(dāng)0.5MPapp?時(shí),氣體噴射系數(shù)為負(fù),噴射器入口產(chǎn)生回流,固體引射率為0.423;蒸汽壓力從0.6MPapp?增大到1.0MPapp?時(shí),固體引射率為1,固體顆粒全部返回氣化爐。針對(duì)本論文研究的噴射器,當(dāng)蒸汽壓力0.6MPapp?時(shí),噴射器能正常運(yùn)行。(2)當(dāng)噴嘴距1800mmcl??時(shí),噴射器內(nèi)部出現(xiàn)較大的回流區(qū),固體顆粒不能下落。隨著噴嘴向右移動(dòng),回流區(qū)逐漸減小,當(dāng)1680.77mmcl??時(shí),噴射器能夠正常工作;但是,由于回流區(qū)的存在使一部分顆粒在氣體回流的作用下被重新帶回接受室,造成能量損失。當(dāng)1450mmcl??時(shí),顆粒受渦流影響較小。繼續(xù)右移噴嘴,當(dāng)噴嘴距為-200mm、0mm、100mm和200mm時(shí),顆粒均能順利下落,接收室內(nèi)無(wú)渦流,但是會(huì)導(dǎo)致混合管的工作長(zhǎng)度較短,不利于氣固兩相的能量交換。綜合考慮蒸汽壓力應(yīng)滿足0.6MPapp?,噴嘴距大小宜從-450mm到0之間選取。 【關(guān)鍵詞】：恩德粉煤氣化爐 氣固噴射器 噴射系數(shù) 噴嘴距 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK175
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 物理量名稱及符號(hào)表9-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 恩德粉煤氣化爐簡(jiǎn)介11-13
• 1.3 氣固噴射器研究現(xiàn)狀13-16
• 1.3.1 氣固噴射器設(shè)計(jì)計(jì)算研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3.2 氣固噴射器數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀15-16
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容16-18
• 第2章 氣固噴射器原理及理論研究18-33
• 2.1 氣固噴射器簡(jiǎn)介18-19
• 2.1.1 氣固噴射器結(jié)構(gòu)及工作原理18-19
• 2.1.2 氣固噴射器的主要性能參數(shù)19
• 2.2 氣固噴射器設(shè)計(jì)方法19-23
• 2.2.1 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法19-20
• 2.2.2 經(jīng)典熱力學(xué)法20
• 2.2.3 氣體動(dòng)力學(xué)函數(shù)法20-23
• 2.3 氣固噴射器設(shè)計(jì)計(jì)算23-32
• 2.3.1 氣固噴射器噴射系數(shù)的計(jì)算23-27
• 2.3.2 氣固噴射器的結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算27-30
• 2.3.3 針對(duì)恩德粉煤氣化爐的氣固噴射器設(shè)計(jì)30-32
• 2.4 本章小結(jié)32-33
• 第3章 氣固噴射器的數(shù)值模擬方法33-48
• 3.1 氣體相數(shù)值模擬33-39
• 3.1.1 控制方程33-35
• 3.1.2 湍流模型35-38
• 3.1.3 近壁面湍流處理38-39
• 3.1.4 控制方程的離散39
• 3.2 顆粒相數(shù)值模擬39-43
• 3.2.1 顆粒運(yùn)動(dòng)方程40-41
• 3.2.2 顆粒隨機(jī)軌道模型41-42
• 3.2.3 顆粒相和連續(xù)相相互作用42-43
• 3.3 數(shù)值模擬求解方法介紹43-45
• 3.3.1 壓力基求解器43-44
• 3.3.2 密度基求解器44-45
• 3.4 數(shù)值模擬收斂性判定45
• 3.5 數(shù)值模擬方法準(zhǔn)確性的驗(yàn)證45-46
• 3.6 本章小結(jié)46-48
• 第4章 氣固噴射器內(nèi)單相流場(chǎng)的數(shù)值模擬研究48-64
• 4.1 幾何模型的建立及網(wǎng)格劃分48-49
• 4.2 邊界條件的設(shè)置49-50
• 4.3 網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證50
• 4.4 單相流場(chǎng)數(shù)值模擬結(jié)果分析50-62
• 4.4.1 設(shè)計(jì)工況下模擬值與理論值的對(duì)比50-52
• 4.4.2 出口壓力對(duì)噴射器流動(dòng)特性的影響52-53
• 4.4.3 蒸汽壓力對(duì)噴射器流動(dòng)特性的影響53-56
• 4.4.4 引射煙氣壓力對(duì)噴射器流動(dòng)特性的影響56-58
• 4.4.5 噴嘴距對(duì)噴射器流動(dòng)特性的影響58-62
• 4.5 本章小結(jié)62-64
• 第5章 氣固噴射器內(nèi)氣固兩相流場(chǎng)數(shù)值模擬研究64-70
• 5.1 氣固兩相數(shù)值模擬結(jié)果分析64-68
• 5.1.1 設(shè)計(jì)工況下氣固兩相模擬結(jié)果分析64-65
• 5.1.2 蒸汽壓力對(duì)噴射器性能的影響65-67
• 5.1.3 噴嘴距對(duì)噴射器性能的影響67-68
• 5.2 本章小結(jié)68-70
• 結(jié)論70-72
• 參考文獻(xiàn)72-75
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其它成果75-77
• 致謝77

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