常壓固定床煤氣化發生爐內部反應過程(3)
作者：1發布時間：2010-02-08
為了便于更合理地對常壓固定床煤氣化發生爐內部結構進行設計，我們非常有必要對煤氣發生爐內部氣化的一些物理與化學過程進行深層次的了解，包括發生爐內部的傳熱與傳質、氣相內的反應、氣相與固相的運動、固相各階段的反應。本文從一定的層面上對常壓固定床煤氣化發生爐內部的氣相和固相的流動進行了簡要綜述
由于氣相和固相的逆流特性，煤粒在氣相運動時要遇到向上流動的氣流的較大阻力。影響煤粒運動的結構因素有很多，比如剪切強度，可滲透性、耐磨性以及在干燥和熱解過程中體積、重量、密度和粒度的變化。因此，要準確的給出煤粒運動數學描述是十分困難的。在現有的常壓固定床煤氣化反應爐數學模型中，多數數學模型假定固定床層為固定相或活塞流[23]。1986年，Kang和Thorsness初次建立了一個比較符合實際狀況的固體流模型[8]，其基本假定是：總體床層密度恒定，固體運動方向垂直向下。固體物料的衡算方程為：床層某一高度處的固體移動速率=床層底部的移動速率+由床層底部至此高度區間內固體的消耗速率。由于固體的消耗速率是床層高度的函數，因而衡算公式右邊第二項是比較復雜的積分項。實際上，在適當假定的條件下, 床層某一高度處的顆粒移動速率還可以有更簡潔的數學表述。
有關顆粒材料的流動層有過一些綜述，不過這些內容更多地涉及到固體傳輸的問題，包括壓力機理、塑性理論和可變場函數等不同的數學處理方法等，這里不對其進行詳細的討論。關于氣相流動的數學描述，顯然活塞流假設也只是為了簡化數學處理，實際上，氣相流動要受到床層空隙率的影響，同時由于溫度、組成和總量的不斷變化，對氣相流動的數學描述要涉及許多因素。另外，氣相流動中的信道效應也會嚴重影響活塞流的近似假設。當然，從宏觀角度來看，如果煤氣化反應爐半徑很大，靠近爐壁的溫度邊界層又很薄，那么在中央絕熱反應核內，若某一斷面上的溫度是均一的，則氣體反應的速率也可以認為是均一的。這樣，除了較薄的邊界層外，按活塞流處理氣體的流動對常壓固定床煤氣化反應爐的溫度與組成的模擬不會產生太大的影響。
