论文部分内容阅读
水煤浆气化技术是将原煤与氧化剂混合,在一定条件下进行一系列复杂的物理化学变化,生成以CO和H2为有效成分的合成气技术,是实现最大利用以及清洁少污染利用煤、焦炭等固体燃料的重要方法之一。目前,煤的气化已经成为加快煤炭产业发展的重点研究内容,煤气化产业正在向着规模化和大型化发展。气化炉装置操作最优化的课题已引起国内外广大研究者的深入思考,气化炉的模型化和优化对原料的配置、有效合成气产率的提高、成本的降低起到十分重要的作用。关于煤气化过程建模、优化方面的研究,国内外相关文献的报道还相对较少。为此本课题将在水煤浆气化机理分析的基础上,以GE气流床气化炉为研究对象,围绕GE水煤浆气流床气化炉的建模、优化等方面的问题进行了建模、优化和仿真研究。本文主要工作如下：首先,目前关于对气化过程气化炉内CO含量、H2含量、C02含量以及气化炉温度等关键效能指标的建模大都只局限在气化室出口处。针对此问题,本文沿着气化炉炉膛高度方向,将气化室划分成52个子区间,借助软测量建模技术,建立了气化炉全炉膛52个子区间的CO含量分布、H2含量分布、C02含量分布以及气化炉温度分布的软测量模型,并进行预测。预测结果表明,该方法建立的模型拟合精度较高。其次,CO和H2是气化最希望得到的气体,称之为有效气,其收率是气化炉运行工况评判的重要指标。为了优化气化炉有效气产率,本文结合相位角粒子群优化(θ-PSO)算法和蝗虫优化(LBPSO)算法的特点,提出了一种改进的相位角蝗虫优化(θ-LBPSO)算法。并将9-LBPSO算法与StdPSO、θ-PSO和LBPSO三种算法分别优化四个典型测试函数。实验表明：θ-LBPSO算法在优化性能效果、全局搜索能力等方面都有较为明显的优势。然后将θ-LBPSO算法运用到GE气化炉的操作优化中。结果表明,通过操作优化可提高气化炉有效气产率,达到气化炉生产的优化操作。最后,GE气化炉三通道气流雾化喷嘴里中心氧和外环氧分配比例的好坏直接影响着气化炉的气化效率,而且目前关于GE气化炉三通道喷嘴里中心氧和外环氧分配比例对气化炉内流场影响的公开报道较少。针对此问题,本文以国内某焦化厂日处理干煤500吨的GE水煤浆气化炉为模拟对象,应用软件Gambit建立气化炉几何模型和网格划分,应用数值仿真软件FLUENT对中心氧含量分别为14%、16%、18%和20%时GE气化炉内三维冷态流场进行了数值模拟,得到了最佳的中心氧分配比例。该数值模拟结果对生产操作具有较大的指导意义。