超臨界水氧化氣膜反應(yīng)器模擬研究.pdf

1、超臨界水氧化技術(shù)是新型技術(shù)，主要用于處理難降解有機(jī)物。而蒸發(fā)壁反應(yīng)器是解決反應(yīng)過程中腐蝕和鹽沉積最有效的方法。但前人的研究結(jié)果表明，蒸發(fā)壁反應(yīng)器采用純水形成水膜保護(hù)反應(yīng)器需要預(yù)熱，預(yù)熱溫度高達(dá)350℃，同時在反應(yīng)器下部為了形成亞臨界溶鹽區(qū)則需要通入低溫蒸發(fā)水，反應(yīng)器出口溫度較低，限制了能量回收。
　　基于此，提出了一種超臨界水氧化氣膜反應(yīng)器，將蒸發(fā)壁反應(yīng)器中的純水替換為N2。在氣膜反應(yīng)器中除輔助熱源外，燃料，N2，O2均以常溫通入

2、，無需預(yù)熱，同時由于N2的低比熱和導(dǎo)熱系數(shù)，可以在不影響反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)的情況下降低多孔管內(nèi)壁溫度保護(hù)反應(yīng)器以及提高反應(yīng)出口溫度水平，有效地提高了整個系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。
　　本文采用流體模擬軟件FLUENT對反應(yīng)器進(jìn)行建模和簡化，選用了合適的湍流模型，化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)模型，最終獲得反應(yīng)器內(nèi)溫度場，流場及組分場的分布情況，并與實驗結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)模擬能夠較準(zhǔn)確地預(yù)測反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)情況。
　　通過分析反應(yīng)器內(nèi)溫度場，流場以及采用DPM模型模擬

3、無機(jī)鹽顆粒運(yùn)動軌跡驗證了氣膜對反應(yīng)器的保護(hù)作用。結(jié)果表明:多孔管內(nèi)壁只承受高溫，而承壓外殼只承受高壓;反應(yīng)器內(nèi)多孔管附近形成的亞臨界區(qū)域以及N2膜的存在，可以阻礙和溶解靠近多孔管的無機(jī)鹽，避免其在多孔管壁上粘附;超臨界水氧化氣膜反應(yīng)器氣膜可以很好地保護(hù)反應(yīng)器。
　　為了更好地對反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，對不同運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了模擬。模擬結(jié)果表明:輔助熱源具有射流卷吸作用，可以強(qiáng)化反應(yīng)器內(nèi)組分混合和能量傳遞，輔助熱源流量增加能夠強(qiáng)化射流卷吸

4、作用。反應(yīng)器內(nèi)最高溫度隨燃料流量、濃度，輔助熱源溫度，燃料/輔助熱源流量比增加，輔助熱源流量減少而升高，與N2流量關(guān)系不大。反應(yīng)器內(nèi)中心溫度隨燃料流量、濃度，輔助熱源溫度，燃料輔助熱源流量比的增加而增加，增加幅度受反應(yīng)器內(nèi)總流量的影響，流量越大，變化越小;隨N2流量增加，下降明顯。多孔管內(nèi)壁溫度隨燃料流量、濃度，輔助熱源流量、溫度，燃料/輔助熱源流量比增加，N2流量減少而升高。多孔管內(nèi)壁最高溫度出現(xiàn)位置隨輔助熱源流量增加向反應(yīng)器上部移動

5、，隨燃料輔助熱源流量比增加略向反應(yīng)器下部移動。
　　最后利用反應(yīng)器內(nèi)的熱負(fù)荷參數(shù)來指導(dǎo)反應(yīng)器的設(shè)計工作，研究表明:反應(yīng)器內(nèi)的整體溫度隨直徑增大呈下降趨勢，多孔管內(nèi)壁最高溫度出現(xiàn)位置向反應(yīng)器下方移動;反應(yīng)器長度的增加只會增加流體在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間，反應(yīng)器出口溫度降低;并分析得出超臨界水氧化氣膜反應(yīng)器熱負(fù)荷的判定準(zhǔn)則:燃料在反應(yīng)器內(nèi)的有效反應(yīng)時間要大于燃料完全降解的停留時間11s，同時反應(yīng)器內(nèi)壁溫度均低于374℃。最終通過分析不同尺