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本文以工业Shell气化炉长周期运行时渣池易出现大渣块堵塞渣池出口问题为背景,在实验室内设计搭建了熔渣流动冷模装置,采用糖浆做熔渣模拟介质,开展了气化炉气渣逆流和气渣并流渣口熔渣流动规律的实验研究和模型计算。
冷模实验表明,气渣逆流时,熔渣离开Shell气化炉渣口落入渣池并非自由沉降过程,而是在气化炉内旋流场作用下发生旋转,并最终由液膜变成液丝,且部分熔渣将粘附在渣裙壁面上。装置负荷、喷嘴气速、渣口渣流量、渣口熔渣粘度等均对熔渣在渣裙壁面上的沉积特性产生影响。建立了渣裙熔渣沉积流动模型,模型计算表明:在气化炉液态排渣粘度范围内,渣裙壁面固态渣厚度约百毫米,如此厚的固态渣易从气化炉渣裙壁面脱落进入渣池形成大渣块,堵塞渣池出口。
气渣并流的实验结果表明,熔渣单纯依靠重力沿气化炉渣口直筒段流动为匀速运动,离开渣口后为加速运动,且收缩成环形闭合液膜进入渣池；熔渣在渣口气流作用下环形液膜破裂变成液丝并波动,流动形态受装置负荷、渣口气速、渣口渣流量等影响。渣口下内筒气流场为受限射流,射流张角、回流区、速度分布、压强分布等与内筒直经与渣口直径的比值有关,该比值减小,熔渣在内筒壁面的粘附性显著增加。气渣逆流与气渣并流相比,逆流时熔渣离开渣口后在内筒壁面上粘附更严重。