氯化镁中试热解炉热工过程数值计算研究

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2023-0166

摘要/Abstract

摘要：

为了探究MgCl₂喷雾热解工艺中的核心设备热解炉内的复杂热过程，提高工艺产品质量和设备使用寿命，采用欧拉-拉格朗日方法建立了气固两相流传热与热解反应耦合的数学模型，研究了热解炉稳定运行时的温度场、颗粒分解过程和HCl分布情况，并探讨了进口气体温度和流量对MgO转化率和HCl分布的影响。结果表明，在研究范围内，随着进口烟气温度和流量的增加，产品转化率逐渐提高。当烟气入口流量为1.5 m³/s、入口温度为1 423 K时和烟气入口温度为1 273 K、入口流量为2.25 m³/s时，产品转化率均达到100%。随着颗粒向下运动，HCl浓度逐渐增大，在出料口处HCl达到最大质量分数为6.5%。此外，随着进口烟气温度和流量的增加，出料口处的HCl浓度呈现先增后减的变化规律。对应HCl浓度最大值时的进口烟气温度和流量分别为1 373 K和1.75 m³/s。

关键词: 氯化镁, 热解, Euler-Lagrange方法, 计算流体力学, 数值模拟

Abstract:

In order to explore the complex thermal process in the pyrolysis furnace，the core equipment of MgCl₂ spray pyrolysis process，and improve the quality of process products and equipment service life，Euler-Lagrange method was used to establish a mathematical model of gas-particle two-phase flow heat transfer coupled with pyrolysis reaction.The temperature field，particle decomposition process and HCl distribution during the stable operation of pyrolysis furnace were studied.And the influence of gas inlet temperature and flow rate on MgO conversion and HCl distribution was explored.The results showed that the product conversion rate was gradually increased with the increase of flue gas inlet temperature and inlet flow in the scope of the study.When the flue gas inlet was kept at 1.5 m³/s， the product conversion rate reaches 100% at the inlet temperature of 1 423 K. When the flue gas inlet temperature was kept at 1 273 K， the product conversion rate reaches 100% at the inlet flow rate of 2.25 m³/s.As the particles moving downward，the HCl concentration was radually increased and reached a maximum concentration of 6.5% at the discharge port.Moreover，with the increase of flue gas inlet temperature and inlet flow，the HCl concentration at the discharge port showed a change law of firstly increasing and then decreasing.The flue gas inlet temperature and inlet flow rate corresponding to the maximum value were 1 373 K and 1.75 m³/s，respectively.

Key words: MgCl₂, pyrolysis, Euler-Lagrange method, CFD, numerical simulation

中图分类号:

TQ132.2

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图/表 12

图 1

表1

MgCl2·6H2O热解动力学参数

编号	方程式	指前因子 A_m/s^-1	活化能E/（kJ‧mol^-1）
1	$M g C l 2 ⋅ 6 H 2 O → M g C l 2 ⋅ 4 H 2 O + 2 H 2 O$	3.6×10⁹	66.8
2	$M g C l 2 ⋅ 4 H 2 O → M g C l 2 ⋅ 2 H 2 O + 2 H 2 O$	8.8×10¹⁷	138.0
3	$M g C l 2 ⋅ 2 H 2 O → M g C l 2 ⋅ H 2 O + H 2 O$	4.6×10⁹	77.2
4	$M g C l 2 ⋅ H 2 O → M g O H C l + H C l$	78.6	135.6
5	$M g O H C l → M g O + H C l$	1.2×10³	92.2

表1

表 2

表 3

表4

图 2

图3

图4

图5

图6

图7

图8

参考文献 14

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边界	边界类型	DPM设置	热边界类型
烟气入口	Velocity inlet	Escape
烟气出口	Pressure outlet	Escape
排料口	Wall	Escape	绝热
其余炉壁	Wall	Reflect	绝热

入口温度/K	气体出口温度及误差			产品转化率/%
入口温度/K	实验值/K	模拟值/K	误差/%	实验值	模拟值	误差
1 223	890.83	906.96	-1.78	74.50	77.90	-4.36
1 273	897.50	937.54	-4.27	89.14	87.97	1.33
1 323	998.64	967.60	3.21	90.69	94.25	-3.78
1 373	1 020.10	1 002.12	1.79	99.38	97.58	1.84

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