IGCC電廠合成氣中的單顆粒在駐波聲場作用下的數值模擬

張斯宏 劉貝貝 許紅 / 上海市計量測試技術研究

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整體煤氣化聯合循環（Integrated Gasification Combined Cycle，IGCC）發電技術是世界公認的清潔、高效煤基發電技術，也是實現我國節能減排目標技術路線的重要技術。目前，從高溫合成氣中有效去除燃煤飛灰顆粒、脫硫劑及其他雜質，確保高溫合成氣的潔凈以及燃氣輪機正常的使用壽命，是IGCC技術走向商業化面對的最大難題之一[1-2]。西班牙及荷蘭IGCC項目在燃機燃燒器噴嘴、合成氣管路閥門、燃機葉片等處均發現有管路銹蝕產生的雜質，對燃機的運行產生了重大影響。合成氣中的大固體顆粒進入燃氣輪機透平，直接損傷透平葉片，小顆粒也會對燃氣輪機的通流部分造成磨損，并劃傷沿途閥門設備的密封面，造成設備密封性下降。而燃氣輪機是IGCC發電技術中的關鍵設備，因此，在合成氣進入燃機燃燒室之前，必須進行過濾，去除顆粒[3]。另外，在IGCC項目中對脫硫后的合成氣需進行加濕飽和，從而降低燃氣輪機燃燒室絕熱燃燒溫度，控制NOX的排放量[4-7]。而加濕后的氣體有助于顆粒間相互團聚，從而達到有效去除的目的[8-11]。同時，聲凝并是一種極具發展潛力的顆粒脫除預處理技術。其原理是利用外加聲場促使細微顆粒凝并長大為較大顆粒后，再利用常規除塵器加以脫除[12-13]。因此，可以在合成氣經蒸氣飽和器加濕飽和后進入燃機之前添加聲場。本文從聲波波動方程出發，建立水平駐波聲場中的顆粒動力學模型，利用數值模擬方法研究在IGCC電廠合成氣中，顆粒在駐波聲場作用下的動力學特性，以充分掌握顆粒在聲場中的運動機理及行為規律，進一步為高溫除塵提供理論依據。……