شبيه سازي و مقايسه تاثير گاز اكسيدكننده و مدل هاي مختلف فرايند تبخير مواد فرار در يك گازي ساز زغال سنگي نمونه ورود هم زمان

Simulation and Comparison of the Effect of Oxidizing Gas and Different Devolatilization Models in an Entrained-Flow Coal Gasifier

فناوري گازي سازي بخش مهمي از فناوري استفاده پاك از سوخت زغال سنگ بشمار مي آيد. توسعه هرچه بيشتر اين فناوري نيازمند درك فرايندها و اثرات متقابل جريان هاي گاز و ذرات سوخت جامد تزريق شده به درون محفظه گازي ساز مي باشد. در اين مطالعه به شبيه سازي عددي يك گازي ساز زغال سنگي نمونه ورود هم زمان با استفاده از شرايط عملكردي آزمايشگاهي پرداخته شده است. واكنش ها و پارامترهاي سينتيكي فرايند گازي سازي با استفاده از داده هاي گازي سازي زغال سنگ در مقالات چاپ شده مشابه استخراج شده است. مقايسه نتايج حاصل از شبيه سازي با داده هاي آزمايشگاهي و دو مطالعه مشابه ديگر به خوبي صحت مدل توسعه يافته را تائيد مي كند. تمركز اين مطالعه بر دقت مدل هاي ارائه شده براي فرايند تبخير مواد فرار از سوخت و بررسي تاثير تغيير اكسيدكننده از اكسيژن به هوا بر عملكرد گازي ساز مي باشد. چهار مدل تبخير مواد فرار شامل مدل هاي نفوذ شيميايي، تك نرخي، كوباياشي و نرخ ثابت بررسي شده است. روند تغييرات پيش بيني شده براي گونه ها در مدل هاي مختلف مشابه يكديگر است و بسته به دقت هر مدل مقدار سينگاز توليدي تا حدودي با يكديگر متفاوت مي باشد. مدل هاي كوباياشي و نرخ ثابت، نرخ تبخير مواد فرار آزاد شده از سوخت را نسبت به دو مدل ديگر كمتر پيش بيني مي كنند. نتايج به دست آمده از مدل نفوذ شيميايي نسبت به ديگر مدل ها مطابقت بيشتري با داده هاي آزمايشگاهي دارد اما زمان محاسباتي بالاتري طلب مي كند. استفاده از اكسيدكننده هوا به جاي اكسيژن سبب كاهش غلظت سينگاز توليدي و بنابراين كاهش راندمان گازي ساز مي گردد.

Gasification technology is an important part of clean coal technology. Further development of this technology requires understanding the processes and interactions of gas and solid fuel particles injected into the gasifier. In this study, a numerical simulation of an entrained flow coal gasifier has been investigated using experimental operating conditions. The reactions and kinetic parameters of the gasification process have been extracted using coal gasification data obtained from similar published papers. Comparison of the simulation results with experimental data and two other similar studies confirm the accuracy of the developed model. The focus of this study is on the accuracy of the models presented for the devolatilization process and the effect of the oxidizer change from oxygen to air on the gasifier performance. Four devolatilization models including chemical percolation devolatilization, single rate, Kobayashi and constant rate models have been investigated. The predicted trends of species changes are similar in different devolatilization models but the amount of produced syngas is somewhat different depending on the accuracy of each model. The Kobayashi and constant rate models predict the devolatilization rate lower than the other two models. The results obtained from the chemical percolation devolatilization model are more consistent with the experimental data compared to the other models but require higher computational times. The use of air oxidizing agents reduces the concentration of produced syngas rather than oxygen and hence reduces the gasifier efficiency.