شبیه‌سازی و مقایسه تاثیر گاز اکسیدکننده و مدل‌های مختلف فرآیند تبخیر مواد فرار در یک گازی‌ساز زغال‌سنگی نمونه ورود هم‌زمان

فناوری گازی سازی بخش مهمی از فناوری استفاده پاک از سوخت زغال سنگ به شمار می آید. توسعه هرچه بیشتر این فناوری نیازمند درک فرآیندها و اثرات متقابل جریان های گاز و ذرات سوخت جامد تزریق شده به درون محفظه گازی ساز است. در این مطالعه به شبیه سازی عددی یک گازی ساز زغال سنگی نمونه ورود هم زمان با استفاده از شرایط عملکردی آزمایشگاهی پرداخته شده است. واکنش ها و پارامترهای سینتیکی فرآیند گازی سازی با استفاده از داده های گازی سازی زغال سنگ در مقالات چاپ شده مشابه استخراج شده است. مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی با داده های آزمایشگاهی و دو مطالعه مشابه دیگر به خوبی صحت مدل توسعه یافته را تایید می کند. تمرکز این مطالعه بر دقت مدل های ارائه شده برای فرآیند تبخیر مواد فرار از سوخت و بررسی تاثیر تغییر اکسیدکننده از اکسیژن به هوا بر عملکرد گازی ساز است. 4 مدل تبخیر مواد فرار شامل مدل های نفوذ شیمیایی، تک نرخی، کوبایاشی و نرخ ثابت بررسی شده است. روند تغییرات پیش بینی شده برای گونه ها در مدل های مختلف مشابه یکدیگر است و بسته به دقت هر مدل مقدار سینگاز تولیدی تا حدودی با یکدیگر متفاوت است. مدل های کوبایاشی و نرخ ثابت، نرخ تبخیر مواد فرار آزاد شده از سوخت را نسبت به دو مدل دیگر کمتر پیش بینی می کنند. نتایج به دست آمده از مدل نفوذ شیمیایی نسبت به دیگر مدل ها مطابقت بیشتری با داده های آزمایشگاهی دارد اما زمان محاسباتی بالاتری طلب می کند. استفاده از اکسیدکننده هوا به جای اکسیژن سبب کاهش غلظت سینگاز تولیدی و بنابراین کاهش راندمان گازی ساز می شود.

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

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.