基于水煤浆预热煤气化的旋梯式螺旋折流板换热器的模拟和优化

李国智，王松江，孙志钦，王斯民

（1.中石化炼化工程（集团）股份有限公司洛阳技术研发中心，河南 洛阳 471003；2.西安交通大学，陕西 西安 710049）

根据煤炭进料状态的不同，煤气化可以分为湿进料即水煤浆气化和干进料即粉煤气化两类。大量的文献[1-3]表明，水煤浆气化的冷煤气效率、碳转化率和热效率低于粉煤气化，而水煤浆预热技术被认为是解决该问题的一个有效手段。

1983 年，K.MIYATANI[4]提出了汽化水煤浆预热技术，即水煤浆在进入气化炉前被预热设备加热，使其中的水分汽化，从而使水煤浆变成煤粉和饱和或过热蒸汽的混合物。之后H.USUI[5-6]等继续进行了相关研究，发现经过预热，水煤浆气化的冷煤气效率明显提高，氧气消耗明显减少。

然而在管道中预热水煤浆至汽化存在管道易堵塞、压降过大、对高温热源要求高的问题。因此S.M.WANG 等[7-8]提出非汽化水煤浆预热技术，即在加热过程中仍然保持水煤浆为液固悬浮液，在旋梯式螺旋折流板换热器壳侧预热水煤浆，数值模拟和实验研究结果验证了其可行性，得到了预热时壳侧传热和阻力系数关联式。

虽然研究者在应用旋梯式螺旋折流板换热器预热水煤浆方面已经做了一些工作[7-8]，但增设旋梯式螺旋折流板换热器后对煤气化系统经济性的影响还需要从定性到定量的分析，同时基于经济性分析，换热器的结构参数还需要进一步优化。本文将Aspen Plus 过程模拟与计算流体动力学（CFD）模拟相结合，对采用旋梯式螺旋折流板……