基于颗粒黏附综合模型的气化炉内颗粒沉积特性研究

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气化炉中颗粒沉积是实现渣层积累和流动、壁面反应等过程的前提,探究熔渣沉积机理、完善沉积率的计算模型,对气化炉安全稳定运行有重要意义。本文将颗粒沉积过程分为颗粒黏附和近壁面输运两个过程,针对黏附过程,建立了综合黏附模型并进行验证;针对近壁面输运过程,分析了不同工况颗粒受力对沉积的影响。主要内容如下:1,从分析颗粒不同温度和转化程度下的形貌特征入手,以灰熔化程度、碳转化率作为描述颗粒表面特征的两个因素,通过分析颗粒焦-渣相互作用模式,提出了基于表面特征的黏附概率,将动能参数作为颗粒黏附的临界条件,共同构成颗粒黏附模型。同时,考虑到渣层对黏附的影响,总结出黏附综合模型。模型分析表明,颗粒在高于临界速度且低于克服表面张力和粘度作用所需的临界动能时,颗粒黏附能力由表面特征决定。颗粒表面特征由煤种、颗粒温度和碳转化率确定。灰碳比、颗粒温度和碳转化率与黏附能力正相关,而高于灰流动温度时因表面结构改变而影响了颗粒黏附能力。2,通过气化和燃烧条件下的两组实验数据验证了模型的有效性,并通过滴管炉沉积实验进一步探究温度与沉积率的关系,发现沉积率随温度升高而增大,较高温度下模型预测的沉积率变化趋势与实验结果相近,较低温度下因为预测的灰熔化分数未考虑元素非均匀分布而对颗粒沉积率有所低估。3,通过二维通道颗粒沉积模拟,分析气化炉环境下颗粒受力和流场速度对沉积速度的影响,发现除Saffman升力、热泳力促进沉积外,布朗力对于小粒径颗粒(dp<5μm)沉积速度提升明显。气速的增大使沉积速度出现先增大后减少的趋势,其中大颗粒限制因素为黏附判据,小颗粒则受沉积机理影响。此外,对颗粒反应诱导的驱动力的大小进行分析,表明该力与反应速率密切相关,在气化炉反应条件下该力对沉积影响较小。
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