微波辅助高硫煤脱硫的多物理场耦合计算研究

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脱除煤中硫对提高煤炭资源利用率和环境保护具有重大意义。由于传统脱硫技术存在脱硫效果差、加热效率低和存在污染等缺点,而微波加热具有加热效率高、易控性、能量利用率高和无污染的优点,所以将微波加热技术应用到脱硫过程成为研究热点。但微波加热过程中也存在着热点或热失控等问题。随着数值计算方法的不断发展和对煤炭脱硫机理的深入分析,为了实现高效可靠的微波脱硫技术研究,本文通过多物理场耦合计算方法对微波脱硫过程进行研究。通过建立微波脱硫多物理场耦合计算模型,实现电磁场中电场和介电参数、温度场中温度、流体场中密度以及化学反应场中反应速率和组分物性参数之间的耦合关系,实现对微波脱硫过程的研究。对搅拌和双馈口状态下微波脱硫过程分别进行多物理场耦合计算研究,得到搅拌和双馈口条件下的最佳工艺条件,并将搅拌与双馈口联合对微波脱硫过程进行优化,使得脱硫率最高且加热均匀性得以一定的改善。最终得到微波脱硫的最佳工艺条件为微波辐照功率700W,氧化剂配比1:1,反应体系温度80℃,辐照时间15min、搅拌速率30rpm,双馈口位置关系b2a1、功率配比500:200。论文的主要内容如下:(1)构建能够正确反映微波脱硫过程的多物理场耦合计算模型。通过对微波脱硫过程中涉及的多物理场控制方程进行分析,建立微波脱硫几何模型并对相关参数进行设置,并对多物理场耦合机理和计算流程进行分析。(2)通过对微波脱硫的多物理场耦合计算结果进行分析,分析微波脱硫过程中不同条件对电场、温度场的分布和脱硫效果的影响,得到不同条件的最佳参数设置。(3)通过引入搅拌和双馈口来改善微波加热的均匀性。对搅拌速率、双馈口位置和功率配比进行参数优化,得到均匀性最好的参数设置。并将搅拌与双馈口联合对微波加热过程进行优化。
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