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我國生態(tài)和環(huán)境造成了日益嚴重的壓力，如何充分、有效地處理并利用可燃固體廢棄物，同時提高煤炭轉化效率、降低大氣污染物排放，是能源動力領域關注的熱點問題。典型的可燃固廢（煤）的燃燒/熱解/氣化過程的動力系統(tǒng)是一個稠密氣固反應系統(tǒng)。國內外對于稠密氣固兩相流動進行了較深入的研究，但對稠密氣固反應系統(tǒng)的多相流動、傳熱傳質與化學反應機制的研究尚處于發(fā)展階段，特別是在工業(yè)應用中，測試難度較大，數(shù)值模擬又受到限制，以至于在設備放大設計

2、、結構參數(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，對可燃固廢/煤的燃燒/熱解/氣化過程的流動與反應特性進行了較深入的研究。
　　改進和優(yōu)化了歐拉多相流與化學反應耦合的數(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，構建了可燃固廢/煤的燃燒/熱解/氣化過程的氣固兩相流動、產氣特征、焦油含量和氣態(tài)污染物排放綜合預測的三維數(shù)值模擬平臺。
　　實踐發(fā)展了歐拉-拉格朗日方法框架下的稠密氣固流動與化學反應耦合的數(shù)值模擬方

3、法。氣相場采用LES湍流模型，顆粒場基于多相流-單元內源項顆粒群(MP-PIC)方法，采用計算顆粒對大量真實顆粒進行數(shù)值估計，同時顆粒碰撞和非均相化學反應可基于歐拉網格計算，實現(xiàn)了高效求解高濃度氣固反應系統(tǒng)。在此基礎上，建立了可燃固廢/煤的燃燒/熱解/氣化過程的歐拉-拉格朗日+化學反應三維數(shù)值模擬平臺。
　　通過鼓泡流化床和噴動床中煤和可燃固廢氣化過程的數(shù)值模擬，對所建立的歐拉-拉格朗日+化學反應數(shù)值模擬基礎平臺進行驗證，床內流型

4、結構與實際系統(tǒng)符合，不同操作參數(shù)下產氣組分模擬值與試驗結果基本一致。隨后分別采用改進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，重點考察了SO2、NO、N2O等氣態(tài)污染物的排放，結果表明:兩種模型均能有效反映床內的氣固流動和污染物排放方面的特征和趨勢;與歐拉模型相比，歐拉-拉格朗日模型能夠有效捕捉顆粒團聚物等流動細節(jié)，同時出口氣體組分的計算誤差更小。
　　基于本文所建立的歐拉-拉格朗日+化學反應數(shù)值模擬平

5、臺，對城市生活垃圾中五種典型組分進行了流化床氣化特性的研究，獲得了不同空氣當量比下的顆粒流型、產氣組分、氣態(tài)污染物排放、焦油含量、產氣熱值、氣體產率、碳轉化率和氣化氣效率等信息，分析了流動形態(tài)與氣化特征之間的內在聯(lián)系。此外，選取不同的垃圾組分和比例進行混合，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、單組分氣化結果的線性疊加結合起來，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系，揭示了多組分之間的耦合協(xié)