深部煤层地下煤气化原位点火的CFD模拟
张友军1
肖逸2
张正1
张浩宇2
郝军1
吕敏2
方灿2
邹仁杰3
罗光前3
李显2
姚洪2
1.中石油江汉机械研究所有限公司,湖北武汉 4300212.华中科技大学煤燃烧国家重点实验室,湖北武汉 4300713.华中科技大学煤燃烧国家重点实验室,湖北武汉 430071;深圳华中科技大学研究院,广东深圳 518000
摘要：地下煤气化(Underground Coal Gasification,UCG)作为一种新型采煤技术受到了广泛的关注,但UCG的实验成本较高,在开展UCG实验之前应当对煤层的演变机理进行深入的探究.计算流体力学(Calculated Fluid Dynamics,CFD)可以凭借计算机强大的计算能力,以较为低廉的成本模拟UCG的生产过程.采用Ansys公司开发的CFD软件Fluent模拟了 1 000 K烟气加热下深部煤层的原位加热着火过程,重点分析了温度、氧气摩尔分数和孔隙度的变化.结果表明,泵入500 s的 1 000K烟气不足以点燃煤层,1000 s的烟气加热时间足以点燃煤层,该结果在时间上与劳伦斯实验室的点火时间相当.在煤层内表面,高温主要集中在靠近入口 0～0.6 m内的煤层.着火前的最高温度低于加热烟气入口温度1000 K,而着火后的最高温度超过1000 K,最高温度约1250 K.O2 在高温区几乎全部消耗,而在其他温度较低的区域,到达煤层内表面的氧气摩尔分数不到 2%.高温区孔隙度迅速增长,在 1000s时部分煤层孔隙度可达 0.9左右.在煤层内部,煤层越厚,温度上升越低.在 1000s和 2000s时,7 cm线上煤层的最高温度仅为 500 K左右,远低于相同加热时间下煤层内表面的最高温度.在 2 000 s的点火过程中,渗入 7cm和 14 cm煤层中的氧气较少,内部煤层孔隙度均在0.4以下.较低的孔隙度是由较低的温度和较低的氧气摩尔分数共同造成的.对温度、氧气摩尔分数和孔隙度的模拟可为如何促进煤层内部的反应提供参考.
关键词：地下煤气化CFD模拟点火温度氧气孔隙度
分类号：TD84(矿山开采)
资助基金：中国石油天然气股份有限公司科学研究与技术开发资助项目(2019E-2504)有机固体废弃物高效清洁利用关键技术研发资助项目(JSGG20201102153400001)
论文发表日期：2024-05-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：8( 2490-2497 )
英文信息