第6期(總第163期)煤化工2012年12月No.6(Total No. 163)Coal Chemical IndustryDee. 2012德土古氣化爐下降管內(nèi)流場的CFD數(shù)值模擬李剛健1，楊磊',井云環(huán),楊紅波了, 羅春桃',陳雪莉2(1.神華寧煤集團(tuán)煤炭化學(xué)工業(yè)分公司,寧夏銀川750411;2.華東理工大學(xué)潔凈煤技術(shù)研究所,上海200237)摘要介紹了德士古氣化爐下降管工作原理,利用CFD軟件,在下降管正常工況及渣口部分堵渣、對稱堵渣、非對稱堵查的不同工況條件下,對下降管內(nèi)氣體流速分布情況進(jìn)行了冷態(tài)模擬。模擬結(jié)果表明,氣化爐渣口出現(xiàn)堵渣時,下降管內(nèi)的氣體出現(xiàn)偏流。關(guān)鍵詞氣化爐, 下降管,CFD,模擬文章編號:1005- -9598 (2012) -6-0047-03中圖分類號:90546 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 :A水煤漿氣化是水煤漿與限量氧進(jìn)行的非催化部高海、高壓的分氧化反應(yīng)叫,在燃燒室高溫條件下,產(chǎn)生主要成分渣口臺成氣和熔渣為H2、C0 .CO2等的合成氣,再經(jīng)過變換等工序,用于制備合成氨、甲醇、二甲醚等化學(xué)工業(yè)品。耐火磚在氣化爐燃燒室內(nèi)產(chǎn)生的氣體和熔渣經(jīng)渣0進(jìn)激冷環(huán)激冷水人激冷室,凝固的熔渣進(jìn)入鎖斗.定期排向渣池[2),工藝氣體從氣化爐出來,送洗滌除塵系統(tǒng)。激冷室主要下降管人.水膜.由激冷環(huán)、下降管等組成.其作用就是降低工藝氣體圖1下降管結(jié)構(gòu)示意圖和熔渣的溫度,并進(jìn)行分離。本文利用CFD軟件,對下降管不同工況進(jìn)行二維給水膜,使水膜內(nèi)的水部分汽化,并進(jìn)入合成氣主流，冷態(tài)模擬,分析不同上況時下降管內(nèi)的氣流場分布情使合成氣的溫度急劇降低;況,以便能更好掌握氣化工況,保證生產(chǎn)正常運(yùn)行。(2)水膜均勻分布在下降管的內(nèi)壁表面，保護(hù)下降管免受高溫?zé)釕?yīng)力的破壞;1下降管工作原理(3)除去合成氣中的細(xì)小炭黑和灰渣,以滿足后續(xù)工段的需要;Texaco氣化爐中,氣化室與激冷室合為一體,其(4)冷卻熔融態(tài)的灰渣,避免灰渣黏附在下降管中,激冷環(huán)下部與下降管相連,下降管下端浸人激冷上，瞬間冷卻的熔渣會發(fā)生爆裂,產(chǎn)生細(xì)小的灰渣,利室底部的黑水中。水泵將激冷水送人激冷環(huán)，激冷水于氣化爐排渣。經(jīng)激冷環(huán)環(huán)形槽縫流出，沿下降管內(nèi)表面呈膜狀下流，與高溫、高壓的合成氣并流,在流動過程中進(jìn)行傳:2下降 管網(wǎng)格圖熱和傳質(zhì)問。下降管結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。下降管作用:模擬過程中，不考慮熔渣和下降管內(nèi)冷卻水,僅(1)高溫的合成氣通過輻射和對流，將熱量傳遞利用 300 K.101.325 kPa空氣替代合成氣,進(jìn)行冷態(tài)基金項(xiàng)目:“十一五"國家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)月(20078AA08B01 );寧夏回族自治區(qū)科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目收稿日期:2012- 08-07作者簡介:李剛健(1965- ),男,甘肅晉寧.工程師,學(xué)士, 1987年畢業(yè)于西北大學(xué)中國煤化工技術(shù)管理工作, E-mail:yanglei00635@163. com。YHCNMH G.-48-煤化工2012年第6期模擬,研究不同工況條件下的下降管內(nèi)部氣流流場變激冷環(huán)位于回流區(qū)內(nèi),在氣流回旋作用下,熔渣容易化情況。利用Gambit創(chuàng)建網(wǎng)格,下降管內(nèi)的網(wǎng)格示意卷吸到激冷環(huán)表面,損壞激冷環(huán)。圖見圖2。圖4渣口部分堵渣 時下降管內(nèi)部氣體流速分布圖圖2下降 管網(wǎng)格示意圖3.3 渣口對稱堵渣下降管內(nèi)部氣體流速分布渣口出現(xiàn)對稱堵渣時下降管內(nèi)氣流模擬計(jì)算結(jié)3模擬結(jié)果與分析果如圖5所示。隨著渣口流通面積縮小、渣口處氣流流速增大,下降管內(nèi)回流區(qū)域下移,回流區(qū)面積增大，3.1 正常工況時下降管內(nèi)部氣體流速分布導(dǎo)致氣流偏流嚴(yán)重。同時燃燒室內(nèi)的氣體流速減小，圖3為正常工況時下降管內(nèi)部氣體流速分布圖，將導(dǎo)致燃燒室內(nèi)壓力升高,還可以導(dǎo)致氣化爐內(nèi)的壓左邊顯示氣體的流速,其單位為m/s。從圖3中可以力波動。看出,渣口處氣體流速明顯增大，渣口至下降管上部氣體流速最大;下降管內(nèi)同一截面,中心位置氣體流速較高,下降管壁面氣體流速較低。通過模擬數(shù)據(jù)可知燃燒室錐體位置存在-死區(qū),氣流在該位置流速為0。圖5對稱堵渣時下降管內(nèi)部氣體流速分布圖3.4 渣口非對稱堵渣下降管內(nèi)氣體流速分布渣口出現(xiàn)非對稱堵渣時下降管內(nèi)部氣體流速分布如圖6所示。由于渣口位置出現(xiàn)不對稱堵渣,渣口圖3正常工況時下降管 內(nèi)部氣體流速分布圖流通面積減小，渣口氣體流速增大、下降管中的氣體偏流現(xiàn)象更加嚴(yán)重。在下降管上部2m~3m處,有高3.2 渣口部分堵渣時下降管內(nèi)部氣體流速分布速氣流沖刷下降管。當(dāng)氣化爐渣口位置出現(xiàn)部分堵渣時,下降管內(nèi)部氣體流速分布如圖4所示。從圖4中可知,當(dāng)氣化爐渣口出現(xiàn)部分堵渣時，下降管中的氣流發(fā)生嚴(yán)重偏流,氣體流速較正常工況下的氣體流速增大,在堵渣部位的下部出現(xiàn)回流區(qū)。由此可以推測,當(dāng)氣化爐運(yùn)行時,出現(xiàn)部分堵渣,氣流在下降管內(nèi)出現(xiàn)偏流區(qū)和回流區(qū)。下降管中偏流區(qū)內(nèi)氣體流速增大,下降管內(nèi)表面水膜換熱量出現(xiàn)不均，偏流區(qū)內(nèi)換熱量增大,若偏流區(qū)內(nèi)水膜吸收熱量過大,下降管壁面的水膜將會圖6渣口非中國煤化工消失,高溫氣流直接與下降管壁面接觸,損壞下降管。.TYHCNM H速分布圍.2012年12月李剛健等:德士古氣化爐下降管內(nèi)流場的cFD數(shù)值模擬4結(jié)論參考文獻(xiàn):本文采用二維冷模模型,對下降管內(nèi)氣流進(jìn)行數(shù)[1]張雷對Texaco 氣化工藝的認(rèn)識及爐溫度的控制[J.中外能源，2009, )4(12):42.值模擬,通過計(jì)算表明:(1)正常工況條件下,下降管內(nèi)氣流成對稱分布,[2]張大晶.多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)設(shè)備概況[].化肥工業(yè), 2009, 36(2):41.中心位置氣體流速較高,下降管壁面氣體流速較低。[3]李 云，顧兆林，郁水章，等. TEXACO氣化爐激冷室(2)渣口出現(xiàn)堵渣,渣口流通面積減小，渣口氣下降管傳熱傳質(zhì)過程模擬[J].化學(xué)工程, 2000, 28體流速增大,下降管中的氣體出現(xiàn)偏流現(xiàn)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頁)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熱烈慶?！睹夯ぁ菲诳瘎?chuàng)刊40周年!全國煤化工佶息站成立25界年!中國煤化工fYHCNMH G.