煤炭地下气化动态温度场及浓度场数值分析.pdf

收稿日期“ “ 基金项目国家自然科学基金项目 5 4 ; A B 9 C D E4 4 5 4 G E7 8 5 KK K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K K 2 “ / 文章编号 1 ’ D JZ ; G 9 ; X 4 QM 初始条件 当 M时 M M NA NR M NO NOP 上述各式中 M A M O 为已知气相边界温度 I M 为已知气相初始温度 I ST 为气相导热系 数 J V 0 其它参数 模型中其它参数具体计算方法可查阅文献 “ * 0 * 模型实验 模 型 气 化 炉 炉 体 外 形 尺 寸 长 9 * 5高 * 9 A 05厚 9 B5炉体分为炉底和炉盖两部分“ * 9 气化炉体的结构分为三层外层是厚钢板密封层 中间是蛭石保温层内层是耐火层9气化炉模拟煤 层尺寸为0 9 05C* 9 5C 9 / D5煤层倾角为0 B E 左右9气化盘区为0 9 5C 9 B5C 9 / D5气化 通道初始当量直径为0 B559 气化盘区内埋设了* 排测温点每排布置0 个点共* /个测温点9测温元件采用已严格标定 过的FG H I J FG K G热电偶由全自动数据采集器定时 采集通过微机自动显示并记录下来9产出的煤气 由气相色谱仪进行分析便可得出各种成份的含 量9 操作条件1气化剂为空气进口压力/ 9 D2 L M 进口流量/ 5A4 N 9实验结果如图/ M - 0 M -所 示数值模拟计算结果如图/ O - 0 O -所示9 图/温度场实验值和计算值 P G Q 9 / R S 5T S I M U V I SW G S X YW I Z 5 O Z U NS [ T S I G 5S \ U M \ Y] M X ] V X M U G Z \ 图A H /浓度的实验值和计算值 P G Q 9 A H /] Z \ ] S \ U I M U G Z \_ M X V S ’W I Z 5 O Z U NS [ T S I G 5S \ U M \ Y] M X ] V X M U G Z \ 图D H 浓度的实验值和计算值 P G Q 9 D H ] Z \ ] S \ U I M U G Z \_ M X V S ’W I Z 5 O Z U NS [ T S I G 5S \ U M \ Y] M X ] V X M U G Z \ *BA 第D期杨兰和等1煤炭地下气化动态温度场及浓度场数值分析 万方数据 图 “浓度的实验值和计算值 分析与讨论 比较图 .与图 5 可以看出温度场计算值 与实测值基本吻合’除了在燃烧区的测点 外 以内完全满足温度场数值模拟的精 度要求’从温度场分布来看计算值略高于实测值 究其原因首先是由于数学模型中热损失系数B 2 是按复合结构传热系数计算公式和定环境条件温 度C风速下确定的’实验时由于自然通风或强制通 风使热损失系数增加因而导致实测温度值略有 降低’其次计算中煤层导热系数不是实体媒的导 热系数而是考虑了对流及热辐射影响的煤层当量 导热系数’模型实验煤层是选择大小不等的块煤堆 砌而成的尽管缝隙充填了煤粉但其孔隙远大于 实体煤’因此传热不再是单一的导热形式对流作 用加强使煤层表观导热系数提高从而影响了计 算结果的准确性’ 由于反应速度随温度的升高而迅速提高导致 反应转化率增大’因此受温度的影响气体各组分 浓度的计算值略高于实验值而实验值在高温区组 分浓度的变化梯度要大于计算值图D E ’ 根据图 随着气化时间的延长和通道长度的 增加煤气热值逐渐提高基本上无波动性因此 实验值和计算值显现出良好的一致性’但在还原区 以后提高幅度减小’温度场对煤气热值的影响是 显著的点火F6尽管气化通道长度较长但由于 时间短炉温低煤气热值相对较低G点火 A6后 炉温提高虽然气化通道长度较短但出口煤气热 值高于前者’所以维持一个高温温度场和相对较 长的气化通道有利于煤气热值的稳定和提高’ H 结论 A 根据I三守恒J原理及气化过程的特点在 模型实验的基础上建立了煤炭地下气化温度场和 浓度场数学模型’模拟结果表明计算值与实测值 能够比较好地相符合’ 数值模拟结果显示在高温区温度场计算 值稍高于实测值G煤气各组分浓度实测值的变化梯 度大于计算值G温度场对煤气热值的影响比较大 煤气热值随气化时间的延长而逐渐提高热值计算 值与实验值基本一致’ D 数值计算结果基本反映了煤炭地下气化温 度场和浓度场的实际变化规律’尽管在计算值与实 验值之间存在一定的偏差然而只要根据具体的 煤层燃烧气化条件选择正确的参数或反求优化参 数则完全可以将上述数学模型应用于生产实践 实现对煤炭地下气化过程变化规律的预测’ D 中国矿业大学学报第D 卷 万方数据 参考文献 “ 杨兰和煤炭地下气化渗流燃烧方法的研究“ 6 6 6 A BC6 D D E 6 A D F E F E CG6 H H F H I 8 B8 AJ 6 K ; BL B D “ 2 MN K O P2 ’ - * - ’ 3 * 4 , . . * “ . 杨兰和煤炭地下气化动态温度场数值模拟“ 2 中国 矿业大学学报’ ’ - 3 4 0 0 / “ - 9 C8 OQ’8 H H 8 6 CDRS Q 8 F F I D 8 AC B H DF E7 6 D J E B I K 8 AF E C K 6 H “ 2 R I H ’ - . 0 ’ 1 / 3 4 * 1 1 “ 杨兰和’梁杰’余力煤炭地下气化技术工艺模 型 试验研究“ 2 中国矿业大学学报’ - - - ’ . 3 0 4 / 0 / , “ 杨兰和煤炭地下气化三维渗流数学模型的研究 “ 2 中国矿业大学学报’ ’ - 3 * 4 * . * / “ 杨兰和倾斜煤层煤炭地下气化模型实验研究“ 2 中国矿业大学学报’ ’ / 3 4 / I C E 8 K 6 H MA 6 H T D 8 D F Q T A 6 C8 KU CJ E 6 I E R 8 H B6 A B V A K A E 6 8 AR 8 H B8 A O W E K D D F XA B E 7 E I A BV 6 H Y 6 D 8 F 8 K 6 8 A 5MYS 6 A O ’S N X 9 O I Z 8 A’S N MY2 8 3 9 K O H F 8 A E 6 H [ D I E K 6 A BY D K 8 A K ’V XU’\ I ] O I ’2 8 6 A 7 D I . ’V O 8 A 6 9 K O H F V O C8 K 6 H 6 A BP A _ 8 E A C A P A 7 8 A E 8 A 7 ’V XU’‘ 8 a 8 A 7 . / ’V O 8 A 6 4 b c d e f g h e M C6 O C6 8 K 6 HC B H A CJ E 6 I E F 8 H B 6 A B K A K A E 6 8 A F 8 H B 8 A O J E K D D F I A B E 7 E I A BK 6 H7 6 D 8 F 8 K 6 AG6 D D 6 L H 8 D O BL 6 D B A O J E 8 A K 8 J H D FK A D E _ 6 8 A FC C A I C’ C6 D D6 A B A E 7 T6 A B O F 6 F I E D F 7 6 D J E B I K 8 AJ E K D D U O C O B D F B E C8 A 8 A 7 O C6 8 AC B H J 6 E 6 C E DG6 D8 A E B I K B ’ O A I C E 8 K 6 H C B H G6 DD H _ BL TC 6 A D F O K A E H _ H I CC O B ’ 6 A B O K 6 H K I H 6 8 AE D I H DG E 6 A 6 H T ] B U O E D I H D O GD O 6 O K 6 H K I H 6 8 A_ 6 H I D6 E D H 8 7 O H T O 8 7 O E O 6 A O A D6 K I 6 H H TC 6 D I E B U O E H 6 8 _ B 8 F F E A 8 6 8 A D F 6 H H C 6 D I E 8 A 7J 8 A D6 E G8 O 8 A iMK K E B 8 A 7 O D 8 CI H 6 8 A ’ O O 6 _ 6 H I F K 6 H 7 6 D8 A K E 6 D DG8 O O 7 6 D 8 F T 8 A 7 8 C 9 ’ O D _ 6 H I D6 E 8 A7 B6 K K E B 6 A K G8 O O D 8 CI H 6 8 A A D N A O O 8 7 O CJ E 6 I E ] A ’ O _ 6 E 8 6 8 A 7 E 6 B 8 A F C 6 D I E B_ 6 H I DF E K A K A E 6 8 AF 8 H B F 7 6 DK CJ D 8 8 A D8 D7 E 6 E O 6 A O 6 F K 6 H K I H 6 B A D jk lm n f o d I A B E 7 E I A BK 6 H 7 6 D 8 F 8 K 6 8 A A I C E 8 K 6 H D 8 CI H 6 8 A CJ E 6 I E F 8 H B K A K A E 6 8 AF 8 H B 3责任编辑 李成俊4 /*/ 第0期杨兰和等煤炭地下气化动态温度场及浓度场数值分析 万方数据