煤气化是发展煤炭清洁高效利用的关键技术之一,按工艺方法大体可分为固定床、流化床和气流床气化技术,其中气流床气化技术具有煤种适应范围广、处理能力大、碳转化率高等优势,但是其高温高氧环境对材料要求很高。本文借鉴柔和燃烧的思想,通过高速空气射流卷吸合成气营造“高温低氧”的气化氛围以及煤粉的均匀掺混,以实现炉膛内均匀分布式的气化反应,提高气化效率。为了研究采用高速空气射流的煤粉气化技术,本文以煤粉气化炉为研究对象,主要完成的工作如下:(1)选取了用于计算的的气化炉几何模型,即一个高为4m,内径为0.8m的气化炉炉膛,根据实验中所用的煤种,确定了煤处理量和风量。基于煤粉气化的工况特征,选取了合适的计算模型和化学反应机理,开展了数值模型的验证。(2)采用数值模拟手段研究了冷态情况下射流喷嘴相对位置、喷嘴孔径(射流速度)、煤粉粒径对高速空气射流气化炉流场分布、煤粉停留时间、炉膛射流回流比、煤粉颗粒浓度分布的影响规律,发现气化炉内流场分布受二次风射流位置和速度影响较大,回流比随二次风射流喷嘴间距的增大而先增大后减小,最大值约为4;平均停留时间受二次风射流速度影响较大,射流速度越大煤粉停留时间越短,当射流速度为120m/s时,停留时间为4.8s;颗粒浓度在距离炉膛入口处lm处达到峰值,且射流速度越大,煤粉颗粒弥散程度越大。(3)采用数值模拟手段研究了热态时气化炉内速度分布、温度分布和组分分布情况,并在已有的煤粉气化炉上开展热态实验验证了计算模型。模拟结果表明在距离炉膛入口 0～1.5m内,射流速度和湍流强度衰减较快,且流场内有明显的回流区;在该区域内,回流的生成气与新进入的煤粉和氧化剂剧烈掺混,气化反应呈现弥散状态,温度分布较均匀,最高温度出现在距炉膛入口 1.5m处。炉膛内CO2浓度先增加后减小,CO浓度呈缓慢增加趋势,出口处达到最大值。(4)采用数值模拟手段研究了结构参数和工艺参数对高速空气射流煤粉气化炉气化性能的影响,探究了氧碳原子比、进煤量(负荷)、煤粉粒径、炉膛散热量、炉膛高度、炉膛直径等参数变化对炉膛内流场、温度分布、气体组分分布、合成气质量以及碳转化率的影响规律。