申请/专利权人：厦门大学

申请日：2022-01-18

公开（公告）日：2024-06-28

公开（公告）号：CN114373515B

主分类号：G16C20/10

分类号：G16C20/10;G06F30/28;G06F30/25;G06F113/08;G06F119/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.28#授权;2022.05.06#实质审查的生效;2022.04.19#公开

摘要：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。

主权项：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；所述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的具体步骤为：钠化合物的总沉积率根据不同机制下的沉积通量的加和关系得出： 式中，代表钠沉积通量，α代表煤灰颗粒中钠的质量分数，下标p、a分别代表煤灰颗粒和钠化合物蒸汽，I代表惯性碰撞，T代表热泳，C代表冷凝；惯性碰撞影响颗粒粒径大于等于10μm的颗粒，不随流线运动而根据自身惯性运动，与壁面碰撞沉积，其沉积通量可由下式计算： 式中，mdot代表惯性碰撞作用下沿着同一路径流动的颗粒撞击表面时的质量流率，η代表碰撞效率和ξ代表粘着概率，Acell代表颗粒撞击面网格所在单元的面积；热泳影响颗粒粒径小于10μm的颗粒，在非均匀温度场中，受温度梯度的影响，从高温向低温迁移；假定所有转移到表面的粒子都将在表面碰撞，其沉积通量可由下式计算： 式中，uT代表受热泳影响的颗粒运动速度，φ代表颗粒所在网格单元颗粒的浓度，代表粒径大于等于10μm颗粒的比率；冷凝指温度降低至蒸汽露点以下，碱金属化合物蒸汽将在壁面沉积，其沉积通量由下式计算： 式中，Sh为舍伍德数，代表对流传质与扩散传质的比值，Dv代表钠化合物蒸汽的扩散系数，D代表气化炉直径，pv代表蒸汽分压，pv,sat代表钠化合物蒸汽的饱和蒸汽压，p代表碱蒸汽分压；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；所述利用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，是基于步骤5建立的沉积模型，根据FLUENT模拟中得到的流场、温度场、浓度场以及颗粒速度、温度参数，计算钠在壁面的沉积通量；同时，得出煤灰颗粒在壁面的粘附效率，根据对每个颗粒生成的随机值，从而判定颗粒的行为是粘附或反弹；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沉积情况。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 厦门大学 一种Shell气化炉内碱金属迁移的模拟方法

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