一种Shell气化炉内碱金属迁移的模拟方法技术

一种Shell气化炉内碱金属迁移的模拟方法，属于煤炭气化工业领域。根据工业级Shell气化炉的几何尺寸建立几何模型，对计算域进行网格划分；确定计算域的边界条件；根据气化过程中气化炉内流场的流动特征选择FLUENT计算所需的物理模型；确定碱金属钠释放的反应路径并选取煤气化过程的主要反应方程及钠转化的反应方程；分析钠元素不同存在形式所涉及的沉积机制，结合不同机制下的沉积通量建立钠的沉积模型；根据沉积模型利用UDF进行搭建；运行FLUENT对流体域模拟仿真，得出碱金属钠在气化炉壁面的的沉积情况。用于研究减少气化炉出口碱金属的夹带而缓解后续换热设备的结渣粘污问题，为高碱煤气化反应器的优化设计提供依据。据。

【技术实现步骤摘要】
一种Shell气化炉内碱金属迁移的模拟方法


[0001]本专利技术属于煤炭气化工业领域，特别是涉及一种Shell气化炉内碱金属迁移的模拟方法。

技术介绍

[0002]新疆高碱煤储量丰富，具有挥发分含量高，含硫含磷量低，反应活性高，燃尽性能好等优点，是优质的煤化工原料。然而，高碱煤中钠含量远高于其他动力煤种，高达0.2％～0.9％，其易转化为低熔点的复合盐，使得煤灰粘度降低，在燃烧或气化过程中易出现结渣、粘污等问题，制约高碱煤大规模利用。
[0003]煤气化是煤炭清洁利用的基础技术之一，也是洁净煤利用技术的重要方向，研发煤种适应性强的煤气化技术，是煤化工行业企业的重大需求；其中，Shell煤气化技术因其气化效率高、单炉产能大、煤种适应性广、产品清洁等优点成为我国建设大型煤化工项目的主要发展方向，具有良好的前景。当以高碱煤作为气化原料应用于Shell气化炉，富含碱金属钠的煤粉从喷嘴进入炉内，由于气体旋流流动，被带至壁面，一部分在壁面沉积，随壁面熔渣向下流动，从底部排渣口排出，其余未沉积的碱金属化合物被合成气夹带至反应器出口，在出口遇激冷气易本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Shell气化炉内碱金属迁移的模拟方法，其特征在于包括以下步骤：1)建立计算域：根据工业级Shell气化炉的几何尺寸建立几何模型，对计算域进行网格划分；2)确定边界条件：根据Shell气化炉的实际运行数据确定计算域的边界条件；3)选择物理模型：根据气化过程中气化炉内流场的流动特征选择FLUENT计算所需的物理模型；4)确定气相钠物质：根据高碱煤的工业分析和元素分析确定碱金属钠释放的反应路径并选取煤气化过程的主要反应方程及钠转化的反应方程；5)钠的沉积模型：根据钠元素在反应器内的存在形式，分析不同存在形式所涉及的沉积机制，结合不同机制下的沉积通量建立钠的沉积模型；6)根据步骤5)建立的沉积模型，利用UDF进行搭建，动态连接到FLUENT求解器上以实现对钠沉积的模拟；7)运行FLUENT，对流体域模拟仿真，得出高碱煤在Shell气化炉气化过程中碱金属钠在气化炉壁面的的沉积情况。2.如权利要求1所述一种Shell气化炉内碱金属迁移的模拟方法，其特征在于在步骤1)中，所述对计算域进行网格划分，是将建立好的几何模型导入ICEM CFD进行网格划分，考虑到气化炉喷嘴附近区域流场变化、气化反应较为剧烈，对该区域进行网格加密处理。3.如权利要求1所述一种Shell气化炉内碱金属迁移的模拟方法，其特征在于在步骤2)中，所述根据Shell气化炉的实际运行数据确定计算域的边界条件，是根据工业实际工况，确定操作条件、进料条件和边界条件。4.如权利要求1所述一种Shell气化炉内碱金属迁移的模拟方法，其特征在于在步骤3)中，所述物理模型包括：气
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固流动模型、煤气化模型、传热模型；所述气
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固流动模型包括湍流模型、颗粒相流动模型和有限速率燃烧模型；所述煤气化模型包括蒸发模型、脱挥发模型、热解模型和反应模型；所述传热模型包括辐射模型。5.如权利要求1所述一种Shell气化炉内碱金属迁移的模拟方法，其特征在于在步骤4)中，所述确定气相钠物质，根据钠在煤中有无机钠、醋酸铵溶液钠、盐酸溶液钠和不溶性钠四种存在形式确定；其中，无机钠以Na的形式释放，醋酸铵溶液钠和盐酸溶液钠以NaCl的形式释放，不溶性钠残留在煤灰中不释放；假设钠的释放速率与脱挥发速率一致，根据煤灰分析得出脱挥发方程...

【专利技术属性】
技术研发人员：周华，肖美佐，曹志凯，李薇，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：