燃气比对低温干馏方炉温度场的影响研究.pdf

第35卷第2期
煤炭转化
Vol 35 No. 2
2012年4月
COAL CONVERSTON
pr.2012
燃气比对低温千馏方炉温度场的影响研究
张秋利胡小燕2)赵西成3)兰新哲3)宋永辉
摘要利用计算流体动力学(CFD软件,采用标准ke模型、组分传翰模型、多孔介质模型
以及P1辐射模型对内热式低温干馏方炉内温度场进行了数值模拟,研究表明,改变燃气比时,燃
气入口处温度分布趋势不变,低温干馏炉内达到的最高温度受燃气比影响较大,当燃气比为0.6
时,最高温度可达到1870℃.根据低温干馏原理,并结合炉内牒层温度分布的模拟结果,确定了最
优的燃气比为1.8.
关键词低温干馏,燃气比,温度场,数值模拟
中图分类号TQ523
0引言
1物理模型的建立
陕北地区长焰煤、侏罗纪不黏煤和弱黏煤等低
内热式低温干馏方炉的结构见图1.原料煤在
变质煤资源丰富,具有低灰、低磷、低硫、高挥发分、炉内逐渐下降,依次经过干燥段、干馏段和冷却段
高发热量和高活性等煤质特点,是低温干馏的理想形成的兰炭通过推焦机下落至熄焦池,经烘干获得成
原料.内热式低温干馏炉是低温干馏工艺的关键品兰炭,炉腔内部采用大空腔设计,下部为五条完整
设备,是在鲁奇三段炉的基础上,总结当地的技术优花墙和两条半花墙,用于均匀分布回炉燃气.回炉燃
点及生产实践经验,吸收国内外有关炉型的长处,并气是回炉煤气与空气的混合气,回炉煤气是低温干馏
根据煤质特点而研制开发出的一种新炉型,是目前炉煤气的一部分.于燥段和于馏段没有严格的界限,
生产兰炭的优良炉型,投资少,生产能力大且易于操两段的气体热载体没有区分,气体热載体主要由回炉
作.?然而,现有低温于馏技术的发展主要源于实燃气在花墙内混合均匀后,经花墙孔喷出燃烧所得.
践,缺乏完善的理论,低温干馏过程中的关键参数,
即温度和压力分布测量困难,它也是影响煤焦油收
率的主要因素.利用数值模拟的方法,可以预测实际
无法检测到的结构复杂的工业用炉内部温度分布
如 Watanabe等对煤的气化过程进行了数值模
拟,得到了气化炉内不同高度的气体温度分布;Guo
等对蓄热式焦炉炼焦过程进行了数值模拟,得出
了随时间变化的炭化室内温度分布;李健等]通过
数值模拟分析了天然气在高温蓄热式加热炉中燃烧
图1内热式低温干馏方炉结构
后炉膛内温度分布,而对于低温干馏炉温度场的模
Fig 1 Structure diagram of internal heating
拟未见相关文献报道.本研究依据生产用内热式低
type low temperature distillation furna
温干馏方炉,建立物理模型,对炉内的温度场进行数
Coal scuttle; 2--put coal valve; 3---auxiliary coal box;
4-rise tube; 5--furnace: 6-guide coke slot;
值模拟,可进一步认识和了解炉内于馏过程中的物
-Scraping machine; 8-push coke machine
理和化学现象,完善相应的理论,优化工艺参数,为
9-GAS tracery wall, 10--furnace chamber
生产提供理论指导.
11-gas-collecting array umbrella
国家科技支撑计划项目(2009BAA20BO2)
1)副教授、博士;2)硕生;3)教授、博士,西安建筑科技大学,陕西省治金工程技术研究中心,71005西安
收稿日期:2011-10-18;修回日期:2011-11-09
第2期
张秋利等燃气比对低温干馏方炉温度场的影响研究
根据干馏炉结构的对称性,取其在宽度方向上
一半区域进行模拟,建立干馏炉二维模型(见图2)
确定边界条件及算法
取花墙气体喷口截面为混合后燃气入口,炉顶
ofcoal
为气体出口,壁面采用标准壁面函数法进行处理.低
温干榴炉煤气的组分见表1.根据回炉煤气与空气
的混合比例及其组分确定人口气体流量、成分及质
8888888888
量分数,设定煤层孔隙率为0.38.压力-速度耦合采
用 SIMPLE算法,其他变量均采用一阶精度迎风差
分格式.根据实际生产情况,固定回炉煤气与空气总
图2干馏炉二维模型
量为11000m3/h不变,改变回炉煤气与空气的体积
Fig2 Drawing of two-dimensional model
比即燃气比,用r表示,分别取0.1~2.5,间隔0.
of distillation furnace
表1低温干馏炉艓气组成(%
Table 1 Components of gas(%')
2数学模型的选择
CHA CRHS C2H
27.62312.7033.3937.0020.3240.15546.983
of volume
干馏炉内的气体流动可视为湍流,采用标准k-t
模型.?回炉混合气在干馏炉内的燃烧采用组分传4结果与讨论
输模型中的涡耗散模型.门实际生产中,于馏炉内最
高燃烧温度可达1000℃以上,在高温情况下,由于
辐射换热量与温度四次方成正比,气固传热主要为
4.1燃气喷口处温度分布
辐射传热,选用P1辐射模型.[干馏炉腔内煤层可
花墙喷口为燃气进入干馏炉的入口,在不同燃
近似为多孔物质,采用多孔介质模型
比时其附近的温度分布见图3
67
222222222222022000gm
2222202202
22m0220222200202
2117
图3燃气喷口处温度分布
Fig 3 Temperature distribution near the pore
aーr=0.3;b-ァ=0.9;-r=1.5;d
2.1
由图3可以看出,在不同燃气比时,花墙喷口处喷口后,发生燃烧反应放出热量,火焰温度逐渐升
温度高低不同,但分布趋势相同.低温气体进入花墙高,燃烧后气体进入炉膛,与炉内煤层换热,温度逐