燃气比及气体流量对低温干馏炉燃烧场的影响*

田 丰，闫 龙，范晓勇，李 冬

(1.西北大学 化工学院，陕西 西安 710069；2.榆林学院 化学与化工学院，陕西 榆林 719000)

煤是中国主要的能源，其中低变质煤资源蕴藏量超过总量40%，其主要特点是三高三低：含碳量高、挥发性高、活性高，低硫、低磷、低灰，是较为环保的煤炭资源，符合可持续发展理念[1]，因此，合理利用好低变质煤对于提高经济发展水平、保护生态环境至关重要。兰炭作为低变质煤进行干馏反应的产物之一[2]，逐渐成为一种可代替焦炭而广泛应用于化工、冶炼等多个行业的炭素材料[3]。兰炭的生产多以低温干馏为主，设备多为内热式干馏炉，以SJ内热式低温干馏方炉为代表。该装置具有工艺简单易控、投资低、焦油回收率较高等特点[4]，广泛应用于兰炭的低温干馏工艺过程。

燃烧是干馏炉内能量转换的主要途径，为了提高燃烧、干馏效率，对燃烧过程的诊断及控制逐渐成为低温干馏炉的一个重要研究方向。

国内外众多学者对煤的低温干馏过程进行数值模拟并建立了热解模型[5-10]，通过总结可以将这一过程分为如下3个阶段[11-12]，常温～300 ℃，从煤颗粒中解析出储存的气体与结合水，脱水主要发生在50～120 ℃，脱气发生在约200 ℃；300～500 ℃，煤焦油主要的析出阶段，同时大量的挥发分也在这一阶段产出；500～750 ℃，半焦继续分解，析出余下的挥发物，逐渐变成焦炭，以缩聚反应为主。

基于以上研究可以看出，煤焦油与煤气的析出受炉内温度的分布影响很大。针对这一点，作者采用Workbench ANSYS系统内的Fluent软件对SJ低温干馏炉内燃烧场进行仿真模拟，得到不同的燃气比(回炉煤气与空气的体积比)与气体流量下炉内的温度、压力场分布。……