L 科技創(chuàng)新與應(yīng)用l 2013年第19期科技創(chuàng)新煤粉氣化爐CFD計算分析及優(yōu)化王洋王美巧李志軍(鄭州鍋爐股份有限公司,河南鄭州450001 )摘要:為 了證實(shí)哪種爐型煤粉氣化爐更具有合理性,本文利用數(shù)值模擬方法,對爐內(nèi)氣化過程進(jìn)行研究。結(jié)果表明,爐型2結(jié)構(gòu)相對于爐型1結(jié)構(gòu)能夠使?fàn)t內(nèi)溫度場、流場均勻,煤粉氣化劑垂直噴入爐內(nèi),避免如爐型1沖刷一側(cè)爐壁的情況。爐內(nèi)溫度梯度顯著降低,平均溫度水平上升,爐膛中心湍流強(qiáng)烈,使得氣化強(qiáng)度增強(qiáng),避免了高溫噴射火舌和局部超高溫區(qū)的出現(xiàn),降低了對爐壁材料的要求,有利于水冷壁的保護(hù)。因此爐型2是結(jié)構(gòu)設(shè)計的首要選擇。數(shù)值模擬方法為進(jìn)一步的設(shè)計提供了理論依據(jù)。關(guān)鍵詞:煤粉氣化爐;燃燒;數(shù)值模擬;溫度場;流場引言作為能源領(lǐng)域發(fā)展的重要方向和優(yōu)先主題之一的煤炭氣化技術(shù),具有原料消耗低，碳轉(zhuǎn)化率高,熱效率高,煤種適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢,煤粉氣化爐就成為煤化工產(chǎn)業(yè)的龍頭,近年來倍受用戶青睞,在工業(yè)鍋爐行業(yè)具有廣闊的發(fā)展前景。本文主要通過某設(shè)計院正在設(shè)計 當(dāng)中的兩種模型煤粉氣化爐進(jìn)行溫度場和流場的數(shù)值模擬結(jié)果,來分析氣化爐運(yùn)行狀況以及其合理性，為進(jìn)一步設(shè)計和安全生產(chǎn)提供參考。1研究對象及其數(shù)值模擬1.1物理模型本文進(jìn)行數(shù)值模擬的物理爐型為兩種進(jìn)行簡化處理的煤粉氣化爐,兩種模型煤粉氣化爐結(jié)構(gòu)圖如圖爐型1和爐型2,高度均為15m,直徑5m,將爐膛上端的圓角部分簡化為圓柱結(jié)構(gòu)，下端部分則簡化為倒圖1速度分布圖圖2溫度分布圖.置圓臺結(jié)構(gòu),煤粉氣化劑通過同-噴嘴噴人爐內(nèi),兩種爐子的不同之處在于,一-種生成的合成氣和液渣向爐子一側(cè)排出 ,而另一種煤粉氣化爐生成的合成氣和液渣向爐子下方排出。氣化劑采用純氧和水蒸汽。本模型忽略水冷壁蒸發(fā)對傳熱過程的影響。1.2網(wǎng)格劃分、邊界條件及計算方法采用以結(jié)構(gòu)網(wǎng)格為主的六面體網(wǎng)格對爐體進(jìn)行網(wǎng)格劃分,最終采用約2萬網(wǎng)格數(shù)目進(jìn)行計算域網(wǎng)格劃分。氣化劑入口選用速度入口;出口邊界條件選擇壓力出口。為了避免偽擴(kuò)散的產(chǎn)生,利用QUICK格式進(jìn)行方程的離散,并采用SIMPLEC算法求解。采用無滑移壁面,固定外壁溫度,計算穩(wěn)定后根據(jù)爐內(nèi)溫度場進(jìn)行校正。迭代計算中,壓力、動量松弛因子取0.3,離散顆粒源相松弛因子取0.6,其余松弛因子取0.85或09,每迭代200步后控制方程進(jìn)行一次顆粒軌道計算以修正計算結(jié)果。圖3速度分布圖圖4溫度分布圖圖5湍動能分布圖圖6各截面速度分布圖圖7各截面溫度分布圖對于爐型2的計算結(jié)果,由圖3-5可以看出,煙氣由爐膛正下方出口引出,火焰形狀規(guī)則,爐膛四周速度均勻,煙氣對爐壁的沖刷很小。溫TYH度由中心火焰向周圍梯度遞減,到達(dá)爐壁的溫度值最小，能夠很好的保護(hù)水冷壁,爐膛中心湍動能出現(xiàn)兩個高渦旋區(qū)日,能夠充分的將氣流混合,有利于爐膛的化學(xué)反應(yīng)與燃燒。圖6,圖7能清晰的反映出沿爐膛縱向各個不同高度的速度值和溫度值。在y=13.5m(爐膛進(jìn)口)附近,速度值最大，之后速度值向四周遞減。由于爐膛進(jìn)出口壓差的存在，在y2.5m處的速度值明顯變大,高于爐壁速度值。爐膛溫度在y= 2.5m和y=爐型1爐型22計算結(jié)果及討論4.5m處壁面溫度高于其它高度壁面溫度是因為爐膛截面的縮小，所以2.1爐型1的計算結(jié)果及分析在這-區(qū)域應(yīng)注意水冷壁的保護(hù)。對于爐型I的計算結(jié)果，由圖1和圖2可以看出因煙氣出口在爐綜合比較爐型 !與爐型2,爐型2對于水冷壁的保護(hù)優(yōu)于爐型1,一側(cè),火焰形狀發(fā)生偏轉(zhuǎn),從入口而來的射流偏向一 一側(cè)沖刷爐壁,速 更經(jīng)濟(jì)更安全。在設(shè)計時應(yīng)優(yōu)先選擇爐型2。度值達(dá)到33/s,火焰兩側(cè)因形成漩渦,速度值最小?；鹧娴闹行臏囟却蠹s本文模擬煤粉氣化爐內(nèi)多相流場和溫度場等,模擬結(jié)果和實(shí)際試3結(jié)束語為1799K,沖向爐壁的火焰溫度約為1640K,遠(yuǎn)高于設(shè)計的水冷壁壁溫驗結(jié)果基本吻合，驗723K,其它區(qū)域的火焰溫度則逐漸減小。由于煙氣長期的高速沖刷加之高溫勢必造成對- -側(cè)水冷璧管子積灰結(jié)渣而形成渣堵,發(fā)生爆管事故對兩種爐型模中國煤化工進(jìn)-步證實(shí)了爐型2可能性加大,不利于鍋爐安全運(yùn)行。如果加高爐膛高度,則浪費(fèi)材料和結(jié)構(gòu)相對于爐型1MHC N M H G勻.煤粉氣化劑垂直噴人爐內(nèi),避免如處戶內(nèi)溫度梯度顯著降加大生產(chǎn)成本,既不經(jīng)濟(jì)也不安全。22爐型2的計算結(jié)果及分析低,平均溫度水平上升,爐膛中心湍流強(qiáng)烈,使得氣化強(qiáng)度增強(qiáng),避免了- 74-科技創(chuàng)新2013年第19期| 科技創(chuàng)新與應(yīng)用|既有建筑混凝士中氯離子含量的檢測方法分析黃艷艷(廣西保利環(huán)境監(jiān)測有限公司,廣西柳州545006)摘要:在我國一些沿海地區(qū),由于河砂比較缺乏,經(jīng)常會出現(xiàn)海砂在沒有經(jīng)過相應(yīng)的處理之后就拌入混凝土的情況，這就對當(dāng)?shù)劁摻罨炷两Y(jié)構(gòu)建筑的安全和耐久性造成威脅。對于既有建筑摻入過量氣離子的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),如何盡早發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行處理,這是許多人都關(guān)心的問題。因此, 我們總結(jié)了一些既有建筑混凝土中氯離子含量的檢測方法。關(guān)鍵詞:混凝土;氯離子;含量檢測;方法在混凝:土被廣泛應(yīng)用的今天，有許多的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于各種濃度 會連續(xù)變化,而往往會變化n個數(shù)量級,從而引起電位的突躍,在原因,沒能達(dá)到預(yù)期的使用年限期間就提前失效了。而據(jù)統(tǒng)計,這其中此方法中 ,被測成分的氯離子含量是通過消耗的硝酸銀量來計算的。有大部分是因為混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性不夠而引起的。據(jù)有關(guān)資料顯示,2.1.3 離子色譜法在我國,混凝體結(jié)構(gòu)耐久性不足的問題非常嚴(yán)重。而對于近?；蛘呤茄貙τ诠腆w試驗樣本,采用氫氧化鉀溶解,并用硝酸脫樣,然后調(diào)節(jié)海地區(qū)來說，混凝土耐久性不足的主要原因是混凝土中氯離子的含量水溶液樣品的酸堿度 ,在PH=7的時候,也就是酸堿為中性的時候,進(jìn)人過高。引起這種現(xiàn)象的原因-方面是海洋中氯離子以海霧和海水的形色譜柱進(jìn)行分離檢測 .進(jìn)行分離定量。式深入到混凝土中，另- -方面是在拌制混凝土的時候摻人了海砂或者離子色譜法可以同時檢測水溶液樣品中的多種離子，其操作比較海水。第一種情況主要發(fā)生在碼頭、海港以及位于海邊的一些建筑物簡便 ,具有高分辨率、高靈敏度和高效率的優(yōu)點(diǎn)。但采用離子色譜法進(jìn)上,而第二種情況可有可能出現(xiàn)在較大的地域范圍內(nèi)。我國的建設(shè)部對行檢測的儀器設(shè) 備投入較大,因此要廣泛應(yīng)用還比較困難。此外,離子于用海砂來拌制混凝土的現(xiàn)象也嚴(yán)格的指出，對于沿海城市用海砂拌色譜法 主要適用于對水樣品進(jìn)行檢測,而如果要進(jìn)行固體樣品檢測,前制混凝土,導(dǎo)致建筑受到氯離子腐蝕,降低了混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性,為期還需 要經(jīng)過比較復(fù)雜的處理。建筑帶來安全隱患。對此有深刻的例子:某沿海城市的一-所大學(xué)有三棟2.2現(xiàn)場的檢測方法建于上世紀(jì)八十年代末的學(xué)生宿舍樓,在使用不到15年就出現(xiàn)了大面22.1 RCT法積的鋼筋腐蝕，從而被鑒定為危樓要給子拆除，原因就是因為在施工拌丹麥 Germann公司的RCT法,是-一種對于現(xiàn)場混凝土氯離子進(jìn)行制混凝士的時候使用了海砂,含量檢測的方法。近幾年來,這種方法也開始被國內(nèi)的一些檢測單位引根據(jù)相關(guān)的工程經(jīng)驗,對于既有建筑中已經(jīng)摻人氣離子的混凝土進(jìn)使用。 RCT法的檢測程序是采取一-定 量混凝土樣品,制成粉末后放入結(jié)構(gòu),對混凝土中氯離子的含量進(jìn)行測定并對早期建筑進(jìn)行排查,盡早事 先配制好的酸辛萃取液中,充分搖勻后放置一段時間后 ,將選擇性電發(fā)現(xiàn),盡早解決是最好的處理方法。極放入溶液里,然后讀取電壓毫伏值,再根據(jù)標(biāo)定的電壓值一氯離 子1氣離子的腐蝕機(jī)理含量曲線,就可以直接算出該混凝土樣品中氣離子的含量了。要對混凝士中氣離子的含量進(jìn)行檢測，首先要了解氯離子的對混22.2 氯離子選擇性電極測定氯離子含量凝:士結(jié)構(gòu)的腐蝕機(jī)理。氯離子具有活性大、半徑小和穿透力強(qiáng)的特點(diǎn)，氯離子選擇性電極是把硫化銀和氯化銀的沉淀混合物壓成膜片,就算混凝土沒有碳化也可以進(jìn)人結(jié)構(gòu)中并到達(dá)鋼筋的表面。氯離子吸并將膜片固定在塑料管的- -端，然后用全固態(tài)封裝工藝將其裝配成無附在鋼筋表面鈍化膜的時候，會產(chǎn)生酸化作用，從而使該處的PH值迅內(nèi)參比溶液的電極， 由甘汞電極、氣離子選擇性電極以及待測定溶液組速下降。據(jù)研究表明,氯離子的酸化作用能使鋼筋表面的PH值降低到成原電池。4以下。氯離子首先會破壞鋼筋表面局部的鈍化膜,時露出的鐵基體成當(dāng)水樣中的總離子強(qiáng)度是一個定值的時候, 溶液中氯離子濃度和為小陽極,而鋼筋表面大部分鈍化膜仍然完好,成為大陰極。腐蝕電池電池的電動勢之間的關(guān)系符 合能斯特定律:作用導(dǎo)致鋼筋表面局部被腐蝕,我們稱之為坑腐蝕或者點(diǎn)腐蝕,被腐蝕o_ R點(diǎn)對于應(yīng)力高、斷面小而且比較脆的預(yù)應(yīng)力筋具有較大危害。而如果混E=E°-下Ina泥土的保護(hù)層比較薄，氯離子的含量較多而且分布均勻的話,就會導(dǎo)致其中E為平衡電池電位(mV),E,為標(biāo)準(zhǔn)電位(mV),R為氣體常數(shù),鋼筋表面產(chǎn)生大量氯離子去鈍化作用,從而使點(diǎn)腐蝕面積擴(kuò)大合并,最F 為法拉第常數(shù),T為熱力學(xué)溫度,n為電極反應(yīng)式中參與反應(yīng)的電子數(shù)終形成大面積的鋼筋銹蝕。目,a為溶液中氯離子的活度。2混凝土中氯離子含量的檢測方法根據(jù)此原理,原電池中電動勢E和logch星線性關(guān)系,所以只要測2.1試驗室的檢測方法定原電池的電動勢E,再根據(jù)回歸分析公式,就可以算出待測樣品中氯2.1.1鉻酸鉀指示硝酸銀滴定法離子的濃度。采用鉻酸鉀指示硝酸銀滴定法進(jìn)行混凝土氯離子含量檢測，首先3結(jié)束語要將混凝土樣品溶解于- -定 量的水中,并用硝酸滴定,待溶液PH值由混凝土中氣離子含量過高的問題主要出現(xiàn)在近海和沿海地區(qū),而堿性變中性之后,再用硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定,以二級微商法來確定所用由 于我國海岸線比較漫長,因此就導(dǎo)致了這個問題比較普遍而且嚴(yán)重。的硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)溶液體積,最后再結(jié)合空白實(shí)驗,就可以算出混凝土樣品對既有建 筑氯離子含量進(jìn)行檢測,并對“海砂樓”進(jìn)行排查,是沿海城市總氣離子的重量。鉻酸鉀指示硝酸銀滴定法是試驗室進(jìn)行混凝土氯離建設(shè) 主管部門]需要努力完成的工作。子檢測的標(biāo)準(zhǔn)方法，這種方法檢測出的氯離子是混凝土樣品中的游離參考文獻(xiàn)態(tài)氯離子，檢出量為樣品氯離子總含量的50%左右,而如果將樣品溶液[]金偉良 ,趙羽習(xí).混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究的回顧與展望[].浙江大學(xué)學(xué)煮沸的話,檢出量可以達(dá)到樣品氯離子總含量的80%左右。報(工學(xué)版),2002,36(4):371-380.2.1.2電位滴定法[2]吳勝興鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)銹裂損傷研究綜述[].工程力學(xué),2002.電位滴定法一種是通過對滴定過程中電池電勢的變化進(jìn)行測量，[3]洪乃豐. 中國沿海地區(qū)濫用海砂情況與部分“海砂屋”事例412004最后確定滴定終點(diǎn)的滴定方法。這種方法的滴定的終點(diǎn)的確定是依靠[4孫凌云 ,王磊.混凝土中氯離子含量的三種檢測方法[D.中國新技術(shù)新電極電位的突躍來指示的，在滴定到達(dá)終點(diǎn)的前后,滴液中的待測離子產(chǎn) 品,2009(4).高溫噴射火舌和局部超高溫區(qū)的出現(xiàn),降低了對爐壁材料的要求,有利slurry gasification process []. JouralofChinaCoalSociety ,2004,29 (5):于水冷壁的保護(hù)。因此爐型2是結(jié)構(gòu)設(shè)計的首要選擇?；诖?這為進(jìn)606- 610.一步的研究積累 了經(jīng)驗,為煤氣化爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計、優(yōu)化和運(yùn)行提供有益[2]吳 玉新張建勝,岳光溪,等用于Texaco氣化爐同軸射流計算的不同的參考。湍流模型的比較中國煤化工43.WuY uxin,ZhangJiansheng, YueGuangEnt turbulencemod -[]于海龍,趙翔，周志軍,等氧煤比對水煤漿氣化影響的數(shù)值模擬①]煤elsin computationolei YHC NM H Gier D Journal of炭學(xué)報,2004,29 (5):606-610.YuHailong,ZhaoXiang,Zhou Zhijun,et a Chemical Industry and Engineering,20U7/ ,5(5)557-543.INumericalsimulation of efct of oxygen-coal mole ratio on coal water-75-