Интенсификация процессов тепло- и массообмена при соевой газификации угля с использованием обратного дутья

• Автор: Гроо, Александр Александрович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 198 с. : 10 ил.

Содержание
Введение

1. Анализ технологических процессов термической переработки и

газификации угля

1.1. Термическая переработка угля

1.1.1. Тенденции термической переработки угля

1.1.2. Повышение производительности

1.2. Газификация угля

1.2.1. Динамика развития технологий газификации угля

1.2.2. Типы современных промышленных газификаторов

1.2.3. Тенденции развития технологий газификации угля

1.2.4. Методы интенсификации процессов тепло-и массообмена
1.3. Перспективные технологии и разработки
1.3.1. Энергетические газогенераторные установки
1.3.2. Г азогенераторы для двигателей внутреннего сгорания
1.3.3. МЕЕТ-технология
1.3.4. Другие технологии
1.3.5. Требования к перспективным технологиям
1.4. Слоевая газификация угля с использованием обратного дутья
1.4.1. Эффект "обратной тепловой волны"
1.4.2. Другие явления, аналогичные "обратной тепловой волне"
1.4.3. Преимущества и недостатки слоевой газификации с обратным дутьем
1.5. Численные методы исследования тепло- и массообмена при слоевой газификации угля
1.5.1. Основные положения
1.5.2. Механизм взаимодействия углерода с газами
1.5.3. Математическое моделирование газификации отдельной частицы угля
1.5.4. Математические модели тепло-и массообмена в слоевых

газификаторах
Выводы к разделу

2. Численное моделирование процессов тепло- и массообмена 70 при слоевой газификации угля
2.1. Физическая модель взаимодействия угольных частиц и потока газа
2.2. Математическая модель слоевого газификатора
2.2.1. Проблема неизотермичности частиц в реакционной зоне
2.2.2. Эффективная теплопроводность твердой фазы
2.2.3. Математическая модель выхода летучих
2.2.4. Скорость гомогенного реагирования
2.2.5. Скорость гетерогенного реагирования
2.2.6. Математическая модель газовой фазы
2.3. Начальные и граничные условия
2.4. Аппроксимация уравнений и алгоритм решения
2.5. Параметрическое исследование математической модели
2.5.1. Параметрический анализ
2.5.2. Влияние дискретизации на численное решение
2.5.3. Влияние высоты слоя
2.5.4. Реактор идеального смешения
2.5.5. Влияние метода расчета газофазного реагирования на общее время счета
2.5.6. Оценка роли гетерогенного реагирования
2.6. Оценка адекватности математической модели
2.6.1. Зависимость концентраций реагирующих веществ в продуктовом газе от расхода дутья
2.6.2. Профили температуры слоя по высоте реактора
2.6.3. Интегральные параметры
2.6.4. Численное моделирование эксперимента №
Выводы к разделу
3. Экспериментальное исследование процессов тепло- и массообмена 122 при слоевой газификации угля
3.1. Методика проведения экспериментов и обработка первичных данных
3.1.1. Описание экспериментального стенда
3.1.2. Динамика состава продуктового газа
3.1.3. Определение профиля температуры слоя

3.2. Расчет параметров "обратной тепловой волны"
3.2.1. Удельная производительность газификатора в эксперименте
3.2..2.Скорость "обратной тепловой волны"
3.2.3. Ширина фронта
3.2.4. Скорость нагрева слоя
3.2.5. Состав продуктового газа
3.3. Основные закономерности "обратной тепловой волны"
Выводы к разделу
4. Методы интенсификации процессов тепло- и массообмена
4.1. Особенности слоевой газификации с обратным дутьем
4.2. Возможные способы интенсификации процессов тепло- и массообмена и ограничения на их использование
4.3. Расчетное исследование
4.3.1. Обогащенное кислородом дутье
4.3.2. Рециркуляция части продуктового газа
4.3.3. Добавка метана к дутью
4.3.4. Подогрев дутья
4.3.5. Расчет критических расходов дутья
4.4. Экспериментальное исследование процессов тепло- и массообмена при обогащении дутья кислородом
4.5. Анализ результатов и практические рекомендации
4.6. Оценка самовоспламенения дутья
Выводы к разделу
Заключение
Основные обозначения
Литература
ПРИЛОЖЕНИЕ А Дополнительные формулы, использованные в расчетах 198 ПРИЛОЖЕНИЕ Б Результаты экспериментальных исследований
ПРИЛОЖЕНИЕ В Акты внедрения

• Повышение давления позволяет существенно повысить теплоту сгорания получаемого газа за счет протекания реакций метанирования. Так как эта реакция экзотермическая, можно сократить потребность в кислороде. Например, в газификаторе Лурги при давлении 2,8-3 МПа расход кислорода уменьшается на 30-35 %. Кроме того, одновременно возрастает производительность газогенератора (пропорционально давлению) и повышается КПД газификации. Высокое давление существенно усложняет конструкцию агрегата и эксплуатации установки при одновременном уменьшении габаритов и снижении затрат на компримирование продуктового газа. Здесь в каждом конкретном случае последнее слово остается за расчетами надежности оборудования и экономической эффективности технических решений. Это решение впервые было реализовано в 1932 году фирмой Лурги (Германия) и применяется почти во всех современных промышленных газификаторах.
В /31/ отмечается, что существует предел по электрической мощности (около 50 МВт), ниже которого газификация биомассы под давлением не имеет преимущества.
Увеличение давления позволяет значительно повысить удельную производительность всех типов газификаторов. Использование жидкого шлакоудаления, повышенного давления и тщательная классификация угля подняли производительность до уровня 8700 кг/(м2-ч) в слоевом процессе "Газ каунсл". Значительно удалось повысить удельную производительность в пылеуголыюм процессе "Бигаз" за счет применения тангенциальной подачи реагентов в камеру и высокого давления.
• Использование мелкозернистого топлива, то есть использование пылеугольных газогенераторов либо аппаратов с кипящим слоем. Мелкие частицы реагируют быстрее за счет уменьшения В1 (теплового сопротивления) и увеличения удельной поверхности.