煤炭学报

作者：张友军, 肖逸, 张正, 张浩宇, 郝军, 吕敏, 方灿, 邹仁杰, 罗光前, 李显, 姚洪,

关键词：地下煤气化, CFD模拟, 点火, 温度, 氧气, 孔隙度,

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1 000 K烟气不足以点燃煤层，1 000 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1 000 K，而着火后的最高温度超过1 000 K，最高温度约1 250 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1 000 s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1 000 s和2 000 s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7 cm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。

来源：2024年第5期

《煤炭学报》期刊编辑部

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