气流床煤气化技术代表着煤气化技术的发展趋势,而水煤浆气化属于典型的气流床气化技术。气化炉是水煤浆气化工艺的核心和关键设备,气化炉内流场分布、物料的浓度分布以及停留时间等都直接影响气化炉内水煤浆的燃烧效率和转化率。本论文针对山东科技大学矿物加工实验室设计开发的Y型水煤浆气化炉,对包括炉体系统,水煤浆进料系统,气化剂进料系统,急冷系统,排渣系统,冷却水系统以及气体分析系统在内的整体工艺流程进行了设计,同时还讨论了各类雾化喷嘴的特点。应用面向CFD(Computational Fluid Dynamics,计算流体动力学)的前处理软件Gambit2.2.30建立了气化室的3D模型,并应用CFD商业软件Fluent6.3.26对炉内的冷态流动及燃烧过程进行了数值模拟计算和分析:选用标准k-ε湍流流动模型及SIMPLE算法模拟了水煤浆气化炉内气相湍流流场的分布情况。选用组分输送方程和涡耗散模型对三维空间进行CH4湍流燃烧的数值模拟。采用非预混方法中的二混合分数法,计算得到了水煤浆非绝热气化时的PDF查询表。水煤浆气化炉内气相湍流流场的模拟结果表明,气化炉炉顶喷嘴和炉侧喷嘴采用不同进料气速时,炉内的湍流流动更剧烈,炉内回流区空间更大,炉内流场更为合理;通过CH4湍流燃烧的数值模拟,得到了气化炉内温度场和物料浓度的分布情况:从炉侧喷嘴到顶部喷嘴,各截面的温度峰值先减小后增大,喷嘴附近温度最高,而产物摩尔分数比受反应机理影响,与化学计量比不同;对比使用不同含氧量气化剂时的反应结果,发现炉内的瞬时高温与气化剂中O2含量有直接的关系,并且含量越高,瞬时温度的峰值就越高,且产物浓度分布也有所不同。通过对查询表中产物浓度的分析,其浓度分布的结果与工业实际情况符合较好,这为进一步深入计算气化反应过程奠定了良好的基础。