可燃固廢-煤的燃燒-熱解-氣化過程的三維數(shù)值模擬.pdf

1、固體廢棄物的排放對(duì)我國生態(tài)和環(huán)境造成了日益嚴(yán)重的壓力，如何充分、有效地處理并利用可燃固體廢棄物，同時(shí)提高煤炭轉(zhuǎn)化效率、降低大氣污染物排放，是能源動(dòng)力領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)問題。典型的可燃固廢（煤）的燃燒/熱解/氣化過程的動(dòng)力系統(tǒng)是一個(gè)稠密氣固反應(yīng)系統(tǒng)。國內(nèi)外對(duì)于稠密氣固兩相流動(dòng)進(jìn)行了較深入的研究，但對(duì)稠密氣固反應(yīng)系統(tǒng)的多相流動(dòng)、傳熱傳質(zhì)與化學(xué)反應(yīng)機(jī)制的研究尚處于發(fā)展階段，特別是在工業(yè)應(yīng)用中，測(cè)試難度較大，數(shù)值模擬又受到限制，以至于在設(shè)備放大設(shè)計(jì)

2、、結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化等方面都遇到一定的困難。本文基于數(shù)值模擬手段，對(duì)可燃固廢/煤的燃燒/熱解/氣化過程的流動(dòng)與反應(yīng)特性進(jìn)行了較深入的研究。
　　改進(jìn)和優(yōu)化了歐拉多相流與化學(xué)反應(yīng)耦合的數(shù)理模型，特別是引入了全面的氣態(tài)污染物析出和脫除模型，構(gòu)建了可燃固廢/煤的燃燒/熱解/氣化過程的氣固兩相流動(dòng)、產(chǎn)氣特征、焦油含量和氣態(tài)污染物排放綜合預(yù)測(cè)的三維數(shù)值模擬平臺(tái)。
　　實(shí)踐發(fā)展了歐拉-拉格朗日方法框架下的稠密氣固流動(dòng)與化學(xué)反應(yīng)耦合的數(shù)值模擬方

3、法。氣相場(chǎng)采用LES湍流模型，顆粒場(chǎng)基于多相流-單元內(nèi)源項(xiàng)顆粒群(MP-PIC)方法，采用計(jì)算顆粒對(duì)大量真實(shí)顆粒進(jìn)行數(shù)值估計(jì)，同時(shí)顆粒碰撞和非均相化學(xué)反應(yīng)可基于歐拉網(wǎng)格計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了高效求解高濃度氣固反應(yīng)系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，建立了可燃固廢/煤的燃燒/熱解/氣化過程的歐拉-拉格朗日+化學(xué)反應(yīng)三維數(shù)值模擬平臺(tái)。
　　通過鼓泡流化床和噴動(dòng)床中煤和可燃固廢氣化過程的數(shù)值模擬，對(duì)所建立的歐拉-拉格朗日+化學(xué)反應(yīng)數(shù)值模擬基礎(chǔ)平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證，床內(nèi)流型

4、結(jié)構(gòu)與實(shí)際系統(tǒng)符合，不同操作參數(shù)下產(chǎn)氣組分模擬值與試驗(yàn)結(jié)果基本一致。隨后分別采用改進(jìn)的歐拉多相流模型和歐拉-拉格朗日模型，研究循環(huán)流化床可燃固廢燃燒過程，重點(diǎn)考察了SO2、NO、N2O等氣態(tài)污染物的排放，結(jié)果表明:兩種模型均能有效反映床內(nèi)的氣固流動(dòng)和污染物排放方面的特征和趨勢(shì);與歐拉模型相比，歐拉-拉格朗日模型能夠有效捕捉顆粒團(tuán)聚物等流動(dòng)細(xì)節(jié)，同時(shí)出口氣體組分的計(jì)算誤差更小。
　　基于本文所建立的歐拉-拉格朗日+化學(xué)反應(yīng)數(shù)值模擬平

5、臺(tái)，對(duì)城市生活垃圾中五種典型組分進(jìn)行了流化床氣化特性的研究，獲得了不同空氣當(dāng)量比下的顆粒流型、產(chǎn)氣組分、氣態(tài)污染物排放、焦油含量、產(chǎn)氣熱值、氣體產(chǎn)率、碳轉(zhuǎn)化率和氣化氣效率等信息，分析了流動(dòng)形態(tài)與氣化特征之間的內(nèi)在聯(lián)系。此外，選取不同的垃圾組分和比例進(jìn)行混合，模擬了混合垃圾的氣化過程，并將混合物氣化特征與氣固溫度、顆粒組分、單組分氣化結(jié)果的線性疊加結(jié)合起來，解析了可燃固體廢棄物氣化過程原料組成與氣化特性的因果關(guān)系，揭示了多組分之間的耦合協(xié)