德士古气化炉下降管内流场的CFD数值模拟

第6期(总第163期)煤化工2012年12月No.6(Total No. 163)Coal Chemical IndustryDee. 2012德土古气化炉下降管内流场的CFD数值模拟李刚健1，杨磊',井云环,杨红波了, 罗春桃',陈雪莉2(1.神华宁煤集团煤炭化学工业分公司,宁夏银川750411;2.华东理工大学洁净煤技术研究所,上海200237)摘要介绍了德士古气化炉下降管工作原理,利用CFD软件,在下降管正常工况及渣口部分堵渣、对称堵渣、非对称堵查的不同工况条件下,对下降管内气体流速分布情况进行了冷态模拟。模拟结果表明,气化炉渣口出现堵渣时,下降管内的气体出现偏流。关键词气化炉, 下降管,CFD,模拟文章编号:1005- -9598 (2012) -6-0047-03中图分类号:90546 文献标识码 :A水煤浆气化是水煤浆与限量氧进行的非催化部高海、高压的分氧化反应叫,在燃烧室高温条件下,产生主要成分渣口台成气和熔渣为H2、C0 .CO2等的合成气,再经过变换等工序,用于制备合成氨、甲醇、二甲醚等化学工业品。耐火砖在气化炉燃烧室内产生的气体和熔渣经渣0进激冷环激冷水人激冷室,凝固的熔渣进入锁斗.定期排向渣池[2),工艺气体从气化炉出来,送洗涤除尘系统。激冷室主要下降管人.水膜.由激冷环、下降管等组成.其作用就是降低工艺气体图1下降管结构示意图和熔渣的温度,并进行分离。本文利用CFD软件,对下降管不同工况进行二维给水膜,使水膜内的水部分汽化,并进入合成气主流，冷态模拟,分析不同上况时下降管内的气流场分布情使合成气的温度急剧降低;况,以便能更好掌握气化工况,保证生产正常运行。(2)水膜均匀分布在下降管的内壁表面，保护下降管免受高温热应力的破坏;1下降管工作原理(3)除去合成气中的细小炭黑和灰渣,以满足后续工段的需要;Texaco气化炉中,气化室与激冷室合为一体,其(4)冷却熔融态的灰渣,避免灰渣黏附在下降管中,激冷环下部与下降管相连,下降管下端浸人激冷上，瞬间冷却的熔渣会发生爆裂,产生细小的灰渣,利室底部的黑水中。水泵将激冷水送人激冷环，激冷水于气化炉排渣。经激冷环环形槽缝流出，沿下降管内表面呈膜状下流，与高温、高压的合成气并流,在流动过程中进行传:2下降 管网格图热和传质问。下降管结构示意图见图1。下降管作用:模拟过程中，不考虑熔渣和下降管内冷却水,仅(1)高温的合成气通过辐射和对流，将热量传递利用 300 K.101.325 kPa空气替代合成气,进行冷态基金项目:“十一五"国家科技支撑计划资助项月(20078AA08B01 );宁夏回族自治区科技攻关计划项目收稿日期:2012- 08-07作者简介:李刚健(1965- ),男,甘肃晋宁.工程师,学士, 1987年毕业于西北大学中国煤化工技术管理工作, E-mail:yanglei00635@163. com。YHCNMH G.-48-煤化工2012年第6期模拟,研究不同工况条件下的下降管内部气流流场变激冷环位于回流区内,在气流回旋作用下,熔渣容易化情况。利用Gambit创建网格,下降管内的网格示意卷吸到激冷环表面,损坏激冷环。图见图2。图4渣口部分堵渣 时下降管内部气体流速分布图图2下降 管网格示意图3.3 渣口对称堵渣下降管内部气体流速分布渣口出现对称堵渣时下降管内气流模拟计算结3模拟结果与分析果如图5所示。随着渣口流通面积缩小、渣口处气流流速增大,下降管内回流区域下移,回流区面积增大，3.1 正常工况时下降管内部气体流速分布导致气流偏流严重。同时燃烧室内的气体流速减小，图3为正常工况时下降管内部气体流速分布图，将导致燃烧室内压力升高,还可以导致气化炉内的压左边显示气体的流速,其单位为m/s。从图3中可以力波动。看出,渣口处气体流速明显增大，渣口至下降管上部气体流速最大;下降管内同一截面,中心位置气体流速较高,下降管壁面气体流速较低。通过模拟数据可知燃烧室锥体位置存在-死区,气流在该位置流速为0。图5对称堵渣时下降管内部气体流速分布图3.4 渣口非对称堵渣下降管内气体流速分布渣口出现非对称堵渣时下降管内部气体流速分布如图6所示。由于渣口位置出现不对称堵渣,渣口图3正常工况时下降管 内部气体流速分布图流通面积减小，渣口气体流速增大、下降管中的气体偏流现象更加严重。在下降管上部2m~3m处,有高3.2 渣口部分堵渣时下降管内部气体流速分布速气流冲刷下降管。当气化炉渣口位置出现部分堵渣时,下降管内部气体流速分布如图4所示。从图4中可知,当气化炉渣口出现部分堵渣时，下降管中的气流发生严重偏流,气体流速较正常工况下的气体流速增大,在堵渣部位的下部出现回流区。由此可以推测,当气化炉运行时,出现部分堵渣,气流在下降管内出现偏流区和回流区。下降管中偏流区内气体流速增大,下降管内表面水膜换热量出现不均，偏流区内换热量增大,若偏流区内水膜吸收热量过大,下降管壁面的水膜将会图6渣口非中国煤化工消失,高温气流直接与下降管壁面接触,损坏下降管。.TYHCNM H速分布围.2012年12月李刚健等:德士古气化炉下降管内流场的cFD数值模拟4结论参考文献:本文采用二维冷模模型,对下降管内气流进行数[1]张雷对Texaco 气化工艺的认识及炉温度的控制[J.中外能源，2009, )4(12):42.值模拟,通过计算表明:(1)正常工况条件下,下降管内气流成对称分布,[2]张大晶.多喷嘴对置式水煤浆气化技术设备概况[].化肥工业, 2009, 36(2):41.中心位置气体流速较高,下降管壁面气体流速较低。[3]李 云，顾兆林，郁水章，等. TEXACO气化炉激冷室(2)渣口出现堵渣,渣口流通面积减小，渣口气下降管传热传质过程模拟[J].化学工程, 2000, 28体流速增大,下降管中的气体出现偏流现象。(4) :22.CFD Numerical Simulation of the Internal Flow Field of the .Vertical Pipe o[ the Texaco Coal GasifierLi Gangjian', Yang Lei, JingYunhuan', Yang Hongbo', Luo Chunao' and Chen Xueli2(1.Coal Chemical Industry Subsidiay, Shenhua Ningxia Coal Group, Yinchuan Ningxia 750411, China;2.East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China)Abstract The parameters as well as the operation philosophy of the vertical pipe of the Texaco coal gasifier werediscussed. By using the CFD software, the cold-state simulation of the gas flow distibution of the vertical pipe under nor-mal operation conditions was perormned, and performed also was the simulation under such abnormal conditions as partialplugging, symmetrical plugging, non -symmetrical plugging at the slag discharge end. The result showed that plugging atthe slag discharge end causes bias gas flow in the vertical pipe.Key words coal gasifer, vertical pipe, flow field inside the pipe, CFD, simulation(上接第46页)Discussion of Temperature Variation at the Vertical Flue of the Coke OvenGong Jian and Guo Jun(Second Coking Plant of Taiyuan Coal Gasification Co., Lud, Taiyuan Shanxi 030024, China)Abstract The temperature measuring method of the vertical fue was introduced, taking the Model JN60 coke ovenof the Second Coking Plant of Taiyuan Coal Gasification Co., Ltd. as an example. Systematic analysis was made on the co-incidence relation between the crest/trough of the temperature wave of the vertical flue and the coking state of the cokingchamber through real time detection of the temperature variation of the combustion chamber and the crude gas in the adja-cent standpipe. It plays a positive role in fire -adjusting operation, oven temperature stabilization and coke quality en-surance.Key words coke oven, vertical fue temperature, coking chamber, coking state热烈庆祝《煤化工》期刊创刊40周年!全国煤化工佶息站成立25界年!中国煤化工fYHCNMH G.