水冷壁式粉煤气化炉炉衬温度场数值模拟研究

为了使水冷壁式粉煤气化炉长周期、高效化运行,利用ANSYS有限元分析软件对粉煤气化工艺的水冷壁式气化炉炉衬服役过程的温度场进行了数值模拟研究。结果表明:1)水冷壁式气化炉内挂渣层由固态层、熔融层和流动层组成,提高耐火材料的热导率有利于挂渣层的形成。2)选用耐火材料的热导率为8~10 W·(m·K)~(-1),渣表面温度为1 290~1 310℃时,炉壁挂渣状态较好。3)当炉内已实现正常挂渣厚度(15 mm以上)时,水冷管和渣钉都会在安全温度下正常运行,在挂渣厚度较低的情况下(低于15 mm),渣钉和水冷管有超温的风险。     

水冷壁气化炉内熔渣流动特性模型

通过将3D气化炉模型、熔渣一维流动传热模型和颗粒壁面捕捉模型耦合,对工业水煤浆水冷壁气化炉内的熔渣流动特性进行模型研究。重点分析了颗粒壁面行为对气化炉结渣的影响以及氧煤比变化对于渣层厚度的影响,并简要分析了水冷壁气化炉和耐火砖气化炉的差异。研究结果表明:大粒径颗粒易于被壁面捕捉,利于穹顶和直筒段渣层的形成,但不利于碳转化率的提高;小粒径颗粒具有高碳转化率,是下游细灰的主要来源,容易加剧下游受热面和灰黑水系统的负担;水冷壁气化炉内形成的固态渣层是气化炉热阻的主要组成部分,能够起到"以渣抗渣"的作用。     

气流床气化炉水冷壁结渣特性的实验研究

搭建了小型气流床水冷壁气化炉实验平台，进行水冷壁结渣实验，验证了“以渣抗渣”的思想，为气化炉水冷壁衬里的工业应用提供理论依据．研究了炉内火焰温度、壁温、循环水量等因素对渣的分布及形态的影响，以及渣层对水冷壁的保护作用．结果表明，熔渣对炉壁保护作用明显；循环水影响着水冷壁的正常运行；炉内温度及壁温是影响渣形态和渣分布的主要因素．     

水冷壁式气化炉内侧渣钉对气化炉传热的影响

煤气化炉的水冷壁对于维持气化炉在高温高压下安全稳定运行具有重要作用。利用ANSYS软件对水冷壁内侧壁面的温度分布进行模拟,模拟分析了渣层内有渣钉、无渣钉和用等面积肋片代替渣钉三种状况对传热过程的影响,考察了渣钉排布方式对水冷壁传热的影响。结果表明,布置渣钉可有效提高传热效率,及时带走气化炉内多余的热量;采用夹角小、三角形排布的渣钉排布方式传热效率更好,温度分布更均匀。该模拟计算对于水冷壁气化炉的传热结构设计及长周期安全运行具有实际意义。     

水冷壁气化炉紧急停车渣层热应力分析

基于实验室小型水冷壁气流床气化炉,研究了两种油渣浆气化后在炉内壁形成渣层的内部结构及组成。建立了气化炉水冷壁的三维传热和应力模型,对气化炉紧急停车时炉壁的热应力变化及其分布进行了模拟计算。计算结果表明：渣层中越靠近渣层表面,热应力的变化越大;靠近水冷管和渣钉处的渣层热应力变化相对较小;渣层表面温度变化相同时,孔隙率大的渣层产生的形变较大。     

水冷壁气化炉熔渣流动的实验研究

水冷壁气流床气化炉的核心思想是"以渣抗渣",因此对熔渣沉积形态与流动规律的研究尤为重要。文中在实验室小型水冷壁气化炉热模装置上,以神府煤气化灰渣、柴油和纯氧气为原料模拟气流床水冷壁气化实验,采用高温内窥镜并结合数字图像处理技术研究了熔渣的沉积、流动过程。实验结果表明:气化炉操作温度高于熔渣临界黏度温度时,渣层表面灰渣处于熔融状态;运动到壁面处的灰渣颗粒主要被熔融渣层吸收;熔渣的流动速度和渣层表面温度有关系,渣层表面温度越高,熔渣流动速度越大。在实验条件下,熔渣层表面速度约为0.002 6—0.003 m/s。     

水冷壁式粉煤气化炉炉衬应力场数值模拟研究

针对水冷壁式粉煤气化炉在使用过程中由热应力引起的耐火材料和渣层损毁现象,建立了水冷壁的局部热应力模型,运用ANSYS有限元分析软件对水冷壁式粉煤气化炉使用过程的应力场进行了数值模拟研究。结果表明:1)水冷壁式气化炉的最大应力出现在锚固钉与耐火材料的界面以及耐火材料与渣层的界面,渣层最大应力的位置在渣层表面。2)渣层厚度的增加可显著降低锚固钉与耐火材料界面处的热应力,但是会导致渣层与耐火材料层间的热应力增大。3)当热导率为2～6 W·m~(-1)·K~(-1)时,随着热导率增加,会导致热应力迅速升高;而当热导率为6～10 W·m~(-1)·K~(-1)时,热应力基本稳定。4)降温速率越快,炉衬各点的温度和热应力下降得越快。     

水冷壁气化炉变工况温度及热应力分析

在实验室小型水冷壁气化炉上进行变工况气化试验,建立气化炉水冷壁的二维传热和应力模型,对气化炉变工况时水冷壁及渣层中的温度及应力变化进行了模拟计算。模拟结果表明：水冷壁及渣层中的周向应力及径向应力均随温度的升高而增大,而周向应力在数值上相对较大。在渣层 碳化硅层接触面上,随指定点与水冷管及渣钉的距离逐渐增大,等效应力迅速增大后趋于稳定;不同材料中的等效应力差异显著。     

浅议壳牌气化炉的炉温调节

0引言壳牌气化炉内部采用膜式水冷壁结构,用来转移反应产生的热量,并产生废热蒸汽。水冷壁表面附着一层耐火材料,煤粉和氧气、蒸汽在1 600℃的高温下瞬间完成燃烧反应并生成熔融态灰渣,在4个烧嘴对喷产生的旋流作用下,熔融灰渣被甩到水冷壁表面。原始开车时,液态熔渣在耐火衬里及其内置的金属销钉的热传导作用下冷却固化,附着在水冷壁上形成了原始挂渣,渣层增厚到一定程度时热传导作用减弱,外表渣层就变成了熔融态,并向下流淌而使渣层厚度减薄。当厚度降低到一定程度时,热传导作用增大,使熔渣温度降低而固化,渣层重新聚积增厚,这样不断维持动态平衡,实现“以渣抗渣”,保护水冷壁免受高温烧蚀和熔渣冲蚀。渣层的厚度主要取决于炉内温度,炉温的波动会造成渣层厚度的变化。过厚的渣层会使气化炉下部堵渣而停车;过薄的渣层会失去对水冷壁的保护作用。     

GSP气化炉水冷壁挂渣影响因素探究

水冷壁结构形式的GSP气化炉采用"以渣抗渣"的原理,在水冷壁内侧附着1层均匀分布的熔渣层,以抵御高温熔渣对水冷壁的腐蚀。气化炉内结渣是一个相当复杂的过程,不仅与煤种特性以及熔渣本身的沉积特性有关,还与炉内粉煤气化燃烧过程有着密切关系。GSP气化炉内的耐火材料很容易受到熔渣的侵蚀,极易损坏。主要讨论了煤质、气化炉操作温度、氧煤比的控制等对GSP气化炉内水冷壁挂渣的影响因素。     

水冷壁气化炉温度分布及影响因素分析

对气流床水冷壁气化炉炉壁的温度分布及影响因素进行了计算和分析。建立了气流床水冷壁气化炉的三维传热数学模型,运用有限元方法,计算出水冷壁的温度分布,炉壁导热主要通过渣钉完成;探讨了水冷管内工质传热系数、炉内温度、渣钉间距、鳍片厚度、鳍片宽度及熔渣厚度对渣钉、水冷管、鳍片端部和根部等关键部位的最高温度点温度的影响;为了验证热分析的正确性,在实验室的小型气化炉上进行试验,鳍端背火侧温度计算值与实验测量值吻合良好,误差在5%之内;其计算模型和分析结果可为水冷壁气化炉的设计提供相应依据。     

GSP气化炉水冷壁盘管的检修策略及质量标准分析

简单介绍了神华宁夏煤业集团50万吨/年煤基烯烃项目气化装置GSP气化炉的水冷壁内部构造,从气化炉水冷壁盘管的挂渣、锚固钉磨损、盘管裂缝等进行检查分析,制定相应的检修策略,并详细介绍了水冷壁检修完成后气化炉燃烧室的筑炉和烘炉的注意事项。最后对水冷壁盘管的检修提出质量标准并作出评价,为气化炉的稳定长周期运行奠定基础,提供数据支撑。     

水冷壁气流床气化炉渣层热应力数值模拟方法的改进

固态渣层能够保护气流床气化炉的水冷壁,防止其受到高温合成气直接辐射以及液态熔渣的侵蚀。本文提出一种数值模拟渣层热应力的改进方法,并应用该改进方法对降温阶段渣层热应力的变化进行模拟研究。在渣层热应力的数值模拟研究中,经常假定水冷壁渣层的热应力变化基于一个固定的参考温度（比如环境温度25℃）。然而对于降温阶段的水冷壁气流床气化炉,一个固定的参考温度值并不能表征渣层"无应力"的初始状态,在此基础上计算将会得到一个不合理的渣层应力分布结果。针对该问题,提出了一种改进方法：将水冷壁渣层分割为多个子计算域,每个子计算域内单独设置参考温度,以此实现在整个水冷壁渣层上施加一个近似为降温初始时刻的参考温度分布,从而使渣层在降温初始时刻处于"无应力"状态。同时,对前人文献中的三维水冷壁渣层结构在降温过程中的热应力变化情况进行计算,以此测试改进方法的准确性,改进方法得到的模拟结果与其他参考文献得到的渣层热应力变化趋势一致。     

气流床煤气化炉壁面反应模型

建立了气流床煤气化炉煤灰渣颗粒沉积和壁面反应模型,相应完善了渣层流动、传热传质和相变模型,发展了数值模拟方法,并以国内某型两段式干煤粉加压气流床煤气化中试炉为对象进行了模拟。利用建立的模型可以得到壁面反应速率、渣层含碳量、固态渣层厚度、液态渣层厚度、渣层平均温度和液态渣层平均速度等。结果表明:氧煤比升高,渣层平均温度升高,固态渣层厚度、液态渣层厚度和气化炉出口灰渣含碳量降低。计算得到的灰渣含碳量在14%左右,整体碳转化率为95.2%左右,与实际值相近。通过模拟发现壁面反应对于所分析气化炉的碳转化率、排渣含碳量、壁面渣层流动和温度状态具有重要影响,进而影响气化炉的安全稳定运行。     

粉煤气化炉水冷壁用SiC-Al_2O_3-Cr_2O_3系捣打料的应用实践

介绍了粉煤气化炉水冷壁的特点,分析了煤灰的熔点、黏度、炉膛温度、灰分含量及捣打料对水冷壁挂渣的影响。结果表明:Cr_2O_3的引入提高了碳化硅捣打料在水冷壁上抗煤渣的侵蚀性能;排湿剂的加入缩短了干燥时间,降低了烘炉温度。实践说明,SiC-Al_2O_3-Cr_2O_3系捣打料有助于水冷壁的挂渣,明显地提高了水冷壁耐火衬里的使用效果。     

气化炉水冷壁金属极限高温安全性分析

通过对气化炉水冷壁传热的数值模拟,研究极限高温条件下水冷壁的传热过程及温度分布特性,对水冷壁的高温安全性进行分析;结果表明,在极限高温工况下,渣钉根部是管壁超温的危险部位,即使采用增大工质流速或管内强化换热等措施,也很难避免局部超温。     

煤粉粒径对HNCERI气化炉碳转化率与固/液渣层分布的影响

以中国华能集团清洁能源技术研究院（Huaneng Clean Energy Research Institute,HNCERI）两段干粉加压气化炉为研究对象,采用考虑了焦炭颗粒表面气体组分扩散效应的随机孔模型计算焦炭气化反应速率以评估碳转化率。同时,耦合熔渣子模型计算气化炉一段壁面固液渣层分布特性和热损失,研究了煤粉粒径对HNCERI气化炉碳转化率和固液渣层分布特性的影响。结果表明所构建的模型可以准确预测气化炉出口主要气体组分组成、碳转化率和气化炉一段壁面热损失;气化炉一段碳转化率受固有气化速率和停留时间控制,二段主要受颗粒停留时间控制;因此,通过减小煤粉粒径可以减小气体在颗粒表面扩散阻力,有利于提高气化炉一段碳转化率,而适量增加煤粉粒径可以增加煤粉颗粒在气化炉二段的停留时间,有利于提高二段碳转化率。模拟结果显示煤粉颗粒粒径从20μm增加到200μm,一段碳转化率从99.68%降低到了95.06%,二段碳转化率从69.03%增加到了89%。煤粉粒径对气化炉上缩口和直段壁面液态渣层分布影响很小,但显著影响固态渣层厚度的发展。     

两段式干煤粉加压气化技术在300kt/a甲醇装置中的应用

<正>两段式干煤粉加压气化炉是内蒙古鄂尔多斯市乌审旗世林化工公司(以下简称世林化工公司)煤制甲醇的核心装置,采用水冷壁结构及以渣抗渣原理,该装置无耐火砖衬里,运转周期长,无需备炉。该气化炉采用干煤粉加压进料方式,对称布置4只煤烧嘴,单炉投煤量1 000 t/d,以纯氧为气化剂,干煤粉被惰性气体(氮气或二氧化碳)携带,同氧化剂(氧气和蒸汽)一起通过煤粉     

Shell粉煤气化炉渣池内熔渣流动特性

搭建Shell气化炉及其下部渣池的冷模装置,采用糖浆模拟熔渣,研究熔渣离开渣口后,在渣池上部空间的流动特征.研究发现:模拟熔渣离开渣口落入渣池并非自由沉降过程,而是在气化炉内旋流场作用下发生旋转,并最终由液膜变成液丝.当装置负荷大于75%时,部分模拟熔渣会在旋转气流作用下开始沉积到渣裙壁面.模拟熔渣在渣裙壁面上的沉积率...     

试论壳牌气化炉渣平衡的控制

描述了壳牌气化炉渣层的形成及其对气化炉水冷壁的保护作用;分析了渣锁斗堵渣的原因;从氧碳比和水碳比控制、助溶剂添加、配煤等方面简述了控制渣平衡的技术手段。