水冷壁气化炉熔渣表面形态的几何特性

在小型气流床气化炉中进行了水冷壁结渣实验,研究了不同温度下炉内熔渣的表面形态,并进行了定量分析。本文提出了当量温度T的概念,T等于熔渣温度与灰熔点的比值。利用图像分析软件ImageJ测得熔渣表面粗糙度,当量温度小于1时,粗糙度较高;当量温度大于1时,粗糙度较低。用“小岛法”求得了熔渣表面的分形维数,并得到了当量温度与分维数之间的关系。     

气流床气化炉水冷壁结渣特性的实验研究

搭建了小型气流床水冷壁气化炉实验平台，进行水冷壁结渣实验，验证了“以渣抗渣”的思想，为气化炉水冷壁衬里的工业应用提供理论依据．研究了炉内火焰温度、壁温、循环水量等因素对渣的分布及形态的影响，以及渣层对水冷壁的保护作用．结果表明，熔渣对炉壁保护作用明显；循环水影响着水冷壁的正常运行；炉内温度及壁温是影响渣形态和渣分布的主要因素．     

气化炉辐射废锅上部空间熔渣的流动特征

国内气化炉在长周期运行中曾数次出现大块熔渣堵塞渣池出口的现象,严重制约了工业化装置的经济、安全、稳定运行。为了探讨大渣块形成的原因,文中搭建了气化炉及下部辐射废锅冷模装置,以糖浆作为介质模拟熔渣,对熔渣离开气化炉渣口后,在辐射废锅上部空间的流动特征进行了实验研究,考察了模拟介质黏度和渣口气速对熔渣流动特征的影响。研究发现:熔渣离开渣口落入废锅并非自由沉降过程,而是在入口处气流射流作用下发生破裂,由液膜形成液丝。当渣口气速较高时,部分熔渣在回流区气流卷吸作用下开始沉积到废锅壁面。熔渣在废锅壁面上的沉积率随着渣口气速的增大而增大,随着模拟介质黏度的增大而减小。而熔渣沉积区域离渣口的距离随着渣口气速的增大而减小,随着模拟介质黏度的增大而增大。     

水冷壁气化炉内熔渣流动特性模型

通过将3D气化炉模型、熔渣一维流动传热模型和颗粒壁面捕捉模型耦合,对工业水煤浆水冷壁气化炉内的熔渣流动特性进行模型研究。重点分析了颗粒壁面行为对气化炉结渣的影响以及氧煤比变化对于渣层厚度的影响,并简要分析了水冷壁气化炉和耐火砖气化炉的差异。研究结果表明:大粒径颗粒易于被壁面捕捉,利于穹顶和直筒段渣层的形成,但不利于碳转化率的提高;小粒径颗粒具有高碳转化率,是下游细灰的主要来源,容易加剧下游受热面和灰黑水系统的负担;水冷壁气化炉内形成的固态渣层是气化炉热阻的主要组成部分,能够起到"以渣抗渣"的作用。     

Shell粉煤气化炉渣口区熔渣流动与传热模型

国内Shell粉煤气化炉在长周期运行中曾多次出现大块熔渣堵塞渣池出口的现象,严重制约着工业化装置的安全、经济、稳定运行。为了探讨大块熔渣形成的原因,以Shell粉煤气化炉为研究对象,建立了其渣口区熔渣流动与传热模型。该模型可以预测固态渣层厚度、液态渣层厚度和渣层表面温度等。结果表明:气化炉运行时,由于熔渣的沉积,在渣裙表面将形成一定厚度的固态渣层。开车初期,熔渣全部被冷凝成固态渣,当渣层表面温度超过渣的临界温度,液态渣层开始出现,此后随着时间的增加,固态和液态渣层都继续增厚直至达到稳定状态。离气化炉渣口处越远,渣层厚度和表面温度就越大。气化炉渣口温度和沉积率越低,固态渣层厚度就越大,所需要的特征时间也越长。     

Shell粉煤气化炉渣池内熔渣流动特性

搭建Shell气化炉及其下部渣池的冷模装置,采用糖浆模拟熔渣,研究熔渣离开渣口后,在渣池上部空间的流动特征.研究发现:模拟熔渣离开渣口落入渣池并非自由沉降过程,而是在气化炉内旋流场作用下发生旋转,并最终由液膜变成液丝.当装置负荷大于75%时,部分模拟熔渣会在旋转气流作用下开始沉积到渣裙壁面.模拟熔渣在渣裙壁面上的沉积率...     

气化炉内熔渣流动特性预测模型的研究进展

双碳战略目标下,煤气化技术将会是我国未来煤炭领域的重要发展路线。在煤气化技术推广应用中,熔渣的流动行为严重影响气化炉的平稳运行时长,间接影响合成气的质量和炉壁的热量损失,有效求解流动参数的熔渣流动特性预测模型备受关注。本研究论述了现有的气化炉内熔渣流动特性的预测模型,并展望了预测模型的未来研究方向。综述当下,预测模型根据熔渣流动维数可分为一维预测模型和二维预测模型;一维稳态和非稳态预测模型均经历了构建和完善阶段;二维预测模型因无相关的数学公式描述和流动理念假设尚处于构建阶段;通过对液态熔渣的温度分布、附加应力的取舍,临界黏度的选取和熔渣黏度的处理方式等方面可以提高模型的计算精度。展望未来,一维预测模型的应用场景需更完善的规定,针对稳态和非稳态预测模型求解的参数需要更细致的辨析;二维预测模型的构建理论需更详细的突破,明确非稳态工况下熔渣在轴向和周向上流动的优先级;流动预测模型的计算精度需更全面的提升,熔渣性质的非恒定性、熔化的不均匀性、烟气流速的波动性等因素需要侧重考虑。     

气化炉水冷壁衬里传热数值模拟研究

水冷壁衬里是气化炉安全稳定运行的关键部件.以高温高压气流床气化炉内水冷壁耐火衬里为研究对象,采用数值模拟方法对水冷壁衬里附近的流动与传热进行研究,分析了渣层厚度对壁面导热系数、热通量、各层材料表面的影响.结果表明,气化炉原始开车工况下,壁面平均传热系数高达241W/(m2·K),渣钉表面温度约为1517K,此时渣钉容易...     

水冷壁水煤浆气化炉的工艺特点及运行情况

介绍了水冷壁水煤浆气化炉的工艺特点和技术优势,并用实际的生产运行情况和工艺数据验证了水冷壁水煤浆气化炉的先进性、实用性和稳定性。     

碎煤熔渣气化炉结构特点及制造关键

通过分析碎煤熔渣气化炉的结构特点、制作工艺过程,对碎煤熔渣气化炉制作过程中的封头成型、壳体制作、焊接、总装、耐压试验等关键制造技术和制造过程中的重点、难点控制进行了阐述。     

气流床煤气化炉壁面反应模型

建立了气流床煤气化炉煤灰渣颗粒沉积和壁面反应模型,相应完善了渣层流动、传热传质和相变模型,发展了数值模拟方法,并以国内某型两段式干煤粉加压气流床煤气化中试炉为对象进行了模拟。利用建立的模型可以得到壁面反应速率、渣层含碳量、固态渣层厚度、液态渣层厚度、渣层平均温度和液态渣层平均速度等。结果表明:氧煤比升高,渣层平均温度升高,固态渣层厚度、液态渣层厚度和气化炉出口灰渣含碳量降低。计算得到的灰渣含碳量在14%左右,整体碳转化率为95.2%左右,与实际值相近。通过模拟发现壁面反应对于所分析气化炉的碳转化率、排渣含碳量、壁面渣层流动和温度状态具有重要影响,进而影响气化炉的安全稳定运行。     

Numerical modeling for non-steady thermal stress analysis of slag layer in a membrane wall entrained-flow gasifier

Membrane wall entrained-flow gasifier (MWEFG) generally has a long service life for the protection of the solid slag layer adhered to the metal wall during operation. However, cracking will generate in the slag layer when the temperature changes greatly in the gasifier, which results from the thermal stress exceeding the strength of slag deposit. In this study, the gasification experiment was performed in a bench-scale MWEFG and a three-dimensional model was developed for non-steady thermal stress analysis of slag layer. Based on experimental data, the thermal stresses of cooling process were numerically simulated using transient thermal analysis. The results indicate that the thermal stresses of the slag layer are tensile during the cooling and the Von Mises stresses (SEQVs) increase with the reduction of temperature. Comparing the results of the selected nodes, it is found that the SEQV always increases from the slag surface to the slag-SiC interface. The contributions of slag porosity and thickness were also investigated. We draw a conclusion that the maximum SEQV decreases with the increasing porosity, while it increases with the increasing slag thickness.     

水冷壁气流床气化炉渣层热应力数值模拟方法的改进

固态渣层能够保护气流床气化炉的水冷壁,防止其受到高温合成气直接辐射以及液态熔渣的侵蚀。本文提出一种数值模拟渣层热应力的改进方法,并应用该改进方法对降温阶段渣层热应力的变化进行模拟研究。在渣层热应力的数值模拟研究中,经常假定水冷壁渣层的热应力变化基于一个固定的参考温度（比如环境温度25℃）。然而对于降温阶段的水冷壁气流床气化炉,一个固定的参考温度值并不能表征渣层"无应力"的初始状态,在此基础上计算将会得到一个不合理的渣层应力分布结果。针对该问题,提出了一种改进方法：将水冷壁渣层分割为多个子计算域,每个子计算域内单独设置参考温度,以此实现在整个水冷壁渣层上施加一个近似为降温初始时刻的参考温度分布,从而使渣层在降温初始时刻处于"无应力"状态。同时,对前人文献中的三维水冷壁渣层结构在降温过程中的热应力变化情况进行计算,以此测试改进方法的准确性,改进方法得到的模拟结果与其他参考文献得到的渣层热应力变化趋势一致。     

水冷壁气化炉变工况温度及热应力分析

在实验室小型水冷壁气化炉上进行变工况气化试验,建立气化炉水冷壁的二维传热和应力模型,对气化炉变工况时水冷壁及渣层中的温度及应力变化进行了模拟计算。模拟结果表明：水冷壁及渣层中的周向应力及径向应力均随温度的升高而增大,而周向应力在数值上相对较大。在渣层 碳化硅层接触面上,随指定点与水冷管及渣钉的距离逐渐增大,等效应力迅速增大后趋于稳定;不同材料中的等效应力差异显著。     

水冷壁气化炉紧急停车渣层热应力分析

基于实验室小型水冷壁气流床气化炉,研究了两种油渣浆气化后在炉内壁形成渣层的内部结构及组成。建立了气化炉水冷壁的三维传热和应力模型,对气化炉紧急停车时炉壁的热应力变化及其分布进行了模拟计算。计算结果表明：渣层中越靠近渣层表面,热应力的变化越大;靠近水冷管和渣钉处的渣层热应力变化相对较小;渣层表面温度变化相同时,孔隙率大的渣层产生的形变较大。     

分级供氧气流床气化炉冷态流场的数值模拟与实验研究

采用标准k-ε湍流模型,运用SIMPLE算法对分级供氧气流床气化炉炉内的流场进行了数值模拟,并对实验测量结果与数值模拟结果进行比较,得到两者吻合的结果。通过对模拟结果进行分析,发现炉膛内存在回流区,并不是一个简单的平推流;二次喷嘴的开启对喷嘴所在面的流场有较大影响;同时二次喷嘴的高度对炉内流场分布也有影响。