文档介绍：煤炭地下气化模型试验高温区传热机理浅析
邓绪彪1,沈健2,梁杰1
1 中国矿业大学(北京)煤炭地下气化研究中心,北京(100083)
2 山东省滕州市大坞镇徐庄生建煤矿,山东滕州(277521)
摘要:本文通过对煤炭地下气化模型试验高温区的温度场分析,将高温区按温度梯度特征
划分为横向梯度区和纵向梯度区,建立了纵向梯度区的传热学模型,计算了高温区的气化热
阻,并进一步阐述了气化热阻在煤炭地下气化研究和实践中的应用。
关键词:煤炭地下气化,温度梯度,气化热阻
煤炭地下气化是一种特殊的新型洁净的煤炭开采工艺,它是将处于地下的煤炭进行有控
制地燃烧,通过对煤的热作用及化学而产生可燃气体的过程,这一过程集建井、采煤、地面
气化三大工艺为一体,具有安全性好、污染少等优点。但它也是一个极其复杂的传热传质过
程,不但涉及固相分解反应、气相反应、气固反应,还有气流因温度变化引起的压力及内能
变化等,其中更伴随着各种化学反应的传热过程,包含气体扩散、对流、辐射及气固相间的
壁面换热过程等[1]。要在地下对这样一个复杂的过程进行研究是不现实的,因此我们根据相
似原理,在地面模型试验台上对这一过程进行简化的模拟,以研究其规律,实践表明这种方
法是可行的。
大量的模型试验及现场实践表明,一定的温度场是煤炭地下气化稳定控制的关键,而高
炉温有利于煤气质量和产量的提高,本文正是通过模型试验观察的数据建立一个简化的气化
传热模型,并通过该模型在高温横向梯度区求出一个气化热阻Rg。
1. 气化高温区模型描述
本实验的气化区是一个理想的渗滤性通道模型,这种模型是地下气化发展的最佳状态。
煤炭地下气化的关键部位就在气化的高温区,该区的特性代表着整个气化的特性。在我
们最近的一次模型试验中,取得了反映高温区的一些数据,如图1所示。可以看到,这些数
据呈现出整体上的某些规律,如高温区前的温度比较平稳,高温区的温度则呈现出一定的梯
度等。当我们用插值法把那些不规整的数据处理后,这些现象就更加明显了(见图 1-b)。
另外,通过试验观察,发现高温区的温度特征有稳定向前移动的趋势,这些现象对于我们简
化高温区气化传热模型有很大帮助。
12 11 10 9 8 7 6 5 11 10 9 8 7
99 113 105 119 414 592 823 406 608 614 592
106 242 224 858 893 836 0 687 650 858 893 836
124 724 0 1169 1231 1168 0 783 724 969 1169 1231 1168
115 858 117 858 893 315 0 0 658 858 893 836
110 415 204 415 120 462 0 0 608 614 592
图1-a. -b.
Fig1. The thermal field for heat value of MJ and its optimization
-1-
通过定性的分析,我们将高温区界定在图 1-a矩形框所示的范围,并将其分为横向梯度
区和纵向