常壓固定床煤氣化發(fā)生爐內(nèi)部反應(yīng)過(guò)程(3)
作者：1發(fā)布時(shí)間：2010-02-08
為了便于更合理地對(duì)常壓固定床煤氣化發(fā)生爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，我們非常有必要對(duì)煤氣發(fā)生爐內(nèi)部氣化的一些物理與化學(xué)過(guò)程進(jìn)行深層次的了解，包括發(fā)生爐內(nèi)部的傳熱與傳質(zhì)、氣相內(nèi)的反應(yīng)、氣相與固相的運(yùn)動(dòng)、固相各階段的反應(yīng)。本文從一定的層面上對(duì)常壓固定床煤氣化發(fā)生爐內(nèi)部的氣相和固相的流動(dòng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要綜述
由于氣相和固相的逆流特性，煤粒在氣相運(yùn)動(dòng)時(shí)要遇到向上流動(dòng)的氣流的較大阻力。影響煤粒運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)因素有很多，比如剪切強(qiáng)度，可滲透性、耐磨性以及在干燥和熱解過(guò)程中體積、重量、密度和粒度的變化。因此，要準(zhǔn)確的給出煤粒運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)描述是十分困難的。在現(xiàn)有的常壓固定床煤氣化反應(yīng)爐數(shù)學(xué)模型中，多數(shù)數(shù)學(xué)模型假定固定床層為固定相或活塞流[23]。1986年，Kang和Thorsness初次建立了一個(gè)比較符合實(shí)際狀況的固體流模型[8]，其基本假定是：總體床層密度恒定，固體運(yùn)動(dòng)方向垂直向下。固體物料的衡算方程為：床層某一高度處的固體移動(dòng)速率=床層底部的移動(dòng)速率+由床層底部至此高度區(qū)間內(nèi)固體的消耗速率。由于固體的消耗速率是床層高度的函數(shù)，因而衡算公式右邊第二項(xiàng)是比較復(fù)雜的積分項(xiàng)。實(shí)際上，在適當(dāng)假定的條件下, 床層某一高度處的顆粒移動(dòng)速率還可以有更簡(jiǎn)潔的數(shù)學(xué)表述。
有關(guān)顆粒材料的流動(dòng)層有過(guò)一些綜述，不過(guò)這些內(nèi)容更多地涉及到固體傳輸?shù)膯?wèn)題，包括壓力機(jī)理、塑性理論和可變場(chǎng)函數(shù)等不同的數(shù)學(xué)處理方法等，這里不對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的討論。關(guān)于氣相流動(dòng)的數(shù)學(xué)描述，顯然活塞流假設(shè)也只是為了簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)處理，實(shí)際上，氣相流動(dòng)要受到床層空隙率的影響，同時(shí)由于溫度、組成和總量的不斷變化，對(duì)氣相流動(dòng)的數(shù)學(xué)描述要涉及許多因素。另外，氣相流動(dòng)中的信道效應(yīng)也會(huì)嚴(yán)重影響活塞流的近似假設(shè)。當(dāng)然，從宏觀角度來(lái)看，如果煤氣化反應(yīng)爐半徑很大，靠近爐壁的溫度邊界層又很薄，那么在中央絕熱反應(yīng)核內(nèi)，若某一斷面上的溫度是均一的，則氣體反應(yīng)的速率也可以認(rèn)為是均一的。這樣，除了較薄的邊界層外，按活塞流處理氣體的流動(dòng)對(duì)常壓固定床煤氣化反應(yīng)爐的溫度與組成的模擬不會(huì)產(chǎn)生太大的影響。
