赵义军,白孟龙,张林瑶

(哈尔滨工业大学 能源科学与工程学院,黑龙江 哈尔滨 150001)

0 引 言

我国承诺到2030年实现“碳达峰”,到2060年实现“碳中和”目标[1]。基于煤炭在中国能源消费体系中占据高比例的现状,煤炭的高效利用将成为经济稳定发展的保证[2]。煤气化技术被认为是将煤炭转化为合成气、氢气等高价值化工业产品的大规模、高转化、低污染的路线[3-5]。随着气化炉的应用范围推广,稳定排渣的重要性日益凸显[6]。为开发更高效、更环保和更稳定的气化炉,实现装置的长周期平稳运行,对炉壁处熔融渣层进行有效预测成为学者们亟待解决的问题[7]。

对膜壁处熔渣流动行为的研究在气化炉安全运行领域非常普遍[8-12]。熔渣的流动特性和流变特性是影响运行工况的重要因素,如果运行条件不理想,不仅会影响炉内合成气的质量与膜壁的热量损失,更可能导致可靠性和安全性问题[13-15]。如烟气温度不足会导致气化炉内熔渣黏稠,出渣口液态排渣困难而发生堵塞[16-18];过高的烟气温度则会造成液态排渣不稳定,无法实现“以渣抗渣”的效果,导致耐火层快速磨损[19]。此外,当气化炉内烟气温度变化较大时,因温度变化引起的热应力超过了熔渣的强度,熔渣层通常发生开裂或脱落,这意味着气化炉耐火层将处于缺乏保护的状态,可能会降低炉膛的运行寿命[20-22]。在1 300～1 600 ℃排渣温度范围内,有必要为各类气化炉的安全运行进行熔渣流动特性和流变特性的参数表征[23]。

气化炉内的烟气始终处于高温、高速、高压状态,使得直接、实时观察测量炉壁上熔渣的流动行为几乎不可能[24]。……