流化床氣化爐內沖蝕磨損的多尺度模型及數值模擬方法

《流化床氣化爐內沖蝕磨損的多尺度模型及數值模擬方法》是依託浙江大學，由趙永志擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：流化床氣化爐內沖蝕磨損的多尺度模型及數值模擬方法
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：趙永志
• 項目類別：面上項目

項目摘要

我國是煤炭消費大國，煤燃燒和氣化過程中存在著大量的氣固兩相流動，煤粉或灰渣顆粒對設備的長期沖蝕極易造成反應器破壞或管道爆管事故，導致停產並造成巨大的經濟損失。灰熔聚流化床粉煤氣化技術是我國自主研究開發的先進煤氣化技術，已成功套用於多套工業化示範裝置中，但在運行過程中，煤粉或灰渣顆粒對設備的沖蝕磨損成為影響安全生產最主要的問題之一。迄今為止，流化床內磨損的預測主要依靠經驗，傳統的能量耗散磨損模型因沒考慮顆粒運動的方向對磨損的影響而預測精度較低，無法有效指導流化床反應器的設計。本項目根據研究發現的切向衝擊能量是造成壁面磨損的根本原因，提出基於切向衝擊能量分析的磨損建模方法，並擬據此建立微觀及介觀尺度的沖蝕磨損模型，並結合CFD-DEM及CFD-TFM最終形成流化床氣化爐沖蝕磨損的多尺度模型及數值模擬方法，用於指導流化床氣化爐的設計，達到提高反應器的穩定性、降低運行成本、延長使用壽命的目的。

結題摘要

煤燃燒和氣化過程中存在著大量的氣固兩相流動，煤粉或灰渣顆粒對設備的長期沖蝕極易造成反應器破壞或管道爆管事故，導致停產並造成巨大的經濟損失。“灰熔聚流化床粉煤氣化”技術是我國自主研究開發的先進煤氣化技術，已成功套用於多套工業化示範裝置中，但在運行過程中，煤粉或灰渣顆粒對設備的沖蝕磨損成為影響安全生產最主要的問題之一。目前，流化床內磨損的預測主要依靠經驗，傳統的能量耗散磨損模型因沒考慮顆粒運動的方向對磨損的影響而預測精度較低，無法有效指導流化床反應器的設計。針對缺乏解決工程實際問題的套用類磨損預測模型的問題，根據研究發現的切向衝擊能量是造成壁面磨損的根本原因，我們提出了基於顆粒切向衝擊能的磨損模型（Shear Impact Energy Model，SIEM），並將其套用於流化床、氣力輸送管道等設備的磨損預測。該模型基於切向衝擊能量預測設備磨損，具有很高的預測精度，不但適用於球形顆粒還適用於非球形顆粒，具有普遍的適用性。本項目基於切向衝擊能量分析的磨損建模方法，建立了微觀及介觀尺度的沖蝕磨損模型，並結合CFD-DEM及CFD-TFM形成了流化床氣化爐沖蝕磨損的多尺度模型及數值模擬方法，用於指導流化床氣化爐的設計，達到提高反應器的穩定性、降低運行成本、延長使用壽命的目的。在本項目的支持下，我們在化工領域頂級期刊《AIChE Journal》、三大化工期刊之一的《Chemical Engineering Science》、顆粒技術的頂級期刊《Powder Technology》等國際著名學術雜誌上發表SCI收錄論文12篇（發表的SCI論文兩年內被引用67次），申請國家發明專利1項，培養博士生/研究生8名。