流化床反應(yīng)器中化學(xué)鏈燃燒的模擬

吳海泓，王利華，黃 晨

(廣東省特種設(shè)備檢測研究院惠州檢測院，廣東 惠州 516002)

二氧化碳排放已經(jīng)成為了日益嚴重的溫室效應(yīng)的主要原因，分離回收二氧化碳從而減少排放量已成為可持續(xù)發(fā)展的主要內(nèi)容之一［1］。化學(xué)鏈燃燒技術(shù)借助于載氧劑的作用，避免了燃料與空氣的直接接觸，減少了二氧化碳以及NOx的排放，近年來得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注［2］。作為化學(xué)鏈系統(tǒng)中重要的構(gòu)件，燃料反應(yīng)器一直是研究的熱點［3］。李俊等［4］以CuO作為載氧體通過模擬手段分析了甲烷進氣速度對反應(yīng)速率的影響。姜健等［5］考慮高顆粒濃度下摩擦應(yīng)力的影響，對燃料反應(yīng)器內(nèi)化學(xué)鏈燃燒過程進行數(shù)值模擬。然而上述的燃料反應(yīng)器均采用的是鼓泡流化床的形式，由于鼓泡床中氣體主要以氣泡的形式通過床料，會造成燃料與顆粒不能很好地接觸，進而降低燃料的轉(zhuǎn)化率，同時為了滿足較高的轉(zhuǎn)化率，鼓泡床需要較大的固儲量。循環(huán)流化床因其較大的循環(huán)速率以及較好的氣固接觸可以避免鼓泡床燃料反應(yīng)器的不足［6］。本文運用雙流體模型，考慮顆粒聚團的影響，以甲烷作為氣體燃料，氧化鎳作為載氧體顆粒，對流化床反應(yīng)器內(nèi)化學(xué)鏈燃燒過程進行數(shù)值模擬。

1 計算模型

1.1 數(shù)學(xué)模型

1.1.1 連續(xù)性方程

1.1.2 動量守恒方程

其中，固相應(yīng)力τs表示為

顆粒壓力ps及粘度μs按顆粒動理學(xué)理論［7］確定。

1.1.3 顆粒擬溫度方程

式中 Dgs和γs——單位體積能量耗散率和顆粒相脈動能耗散;

ks——顆粒相熱傳導(dǎo)系數(shù)。……