Моделирование газификации твердого топлива в фильтрационном режиме

• Автор: Салганский, Евгений Александрович
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 94 с. : ил.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ СТАЦИОНАРНЫХ ТЕМПЕРАТУРНЫХ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ В ПРОТИВОТОЧНОМ РЕАКТОРЕ ФИЛЬТРАЦИОННОГО ГОРЕНИЯ

2.1 Воздушная газификация. Постановка задачи

2.2 Результаты расчетов и обсуждение

2.3 Переходная волна. Постановка задачи

2.4 Результаты расчетов и обсуждение

2.5 Паровоздушная газификация. Постановка задачи

2.6 Результаты расчетов и обсуждение

ГЛАВА 3. НЕСТАЦИОНАРНАЯ МОДЕЛЬ, УЧИТЫВАЮЩАЯ КИНЕТИКУ ПРОТЕКАЮЩИХ РЕАКЦИЙ, ЗАВИСИМОСТЬ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ФАЗ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ И СОСТАВА, КОНЕЧНЫЙ РАЗМЕР РЕАКТОРА

3.1 Постановка задачи

3.2 Результаты расчетов и обсуждение

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
ОБОЗНАЧЕНИЯ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Под фильтрационным горением (ФГ) понимается распространение волн
* экзотермического превращения в пористой среде при фильтрации газа [1-4]. Специфическим элементом, определяющим особенность горения этого класса систем, является фильтрация газа, выступающего не только в роли участника химической реакции, но и теплоносителя, формирующего структуру волны горения. Другим важным фактором является возможность сильного
ж разбавления реагентов инертной примесью, которая не накапливается в зоне
реакции, а уносится с потоком.
При фильтрационном горении может наблюдаться явление «сверхадиабатических разогревов» (температура в зоне горения становится выше адиабатической), обусловленное концентрацией выделяющегося тепла в зоне горения за счет внутреннего теплообмена между газовой и конденсированной фазами [5-7]. Именно благодаря этому явлению становятся

практически осуществимы различные технологические процессы в низкокалорийных системах, например, газификация низкосортных углей, переработка горючих отходов машиностроительного производства и др.
Преимуществами сверхадиабатического метода газификации твердых топлив, по сравнению с известными техническими решениями, являются: высокий энергетический КПД процесса, позволяющий перерабатывать низкокалорийные смеси с минимальным содержанием горючего материала до 5%; низкое содержание токсичных веществ в газообразных продуктах сгорания; возможность эффективной переработки некоторых видов отходов, которые не могут быть утилизированы другими способами.
Фильтрационные системы, как правило, являются макрогетерогенными. Поэтому параметры состояния и состав продуктов, определяются как
• скоростями отдельных физико-химических стадий, так и условиями
организации и проведения процесса. Наличие большого числа управляющих
параметров, таких как величина, направление, состав газового потока, дисперсность и калорийность конденсированной фазы и т.д. вызывает потребность в качественной теории, позволяющей предсказать следствия тех или иных изменений параметров на характеристики процесса.
К настоящему моменту подробно были рассмотрены существующие модели фильтрационного горения твердого топлива. В основном, в этих работах рассматривалось горение в однотемпературной постановке для бесконечного реактора. Однотемпературный подход предполагает очень узкую ширину зоны межфазного теплообмена, что сильно уменьшает интервал изменения управляющих параметров. Также, остается открытым вопрос о температурных профилях фаз в зоне реакции. Во многих работах исследовалась стационарная задача, что требует дополнительной проверки устойчивости найденных решений. В ряде работ учитывался такой вид теплопотерь, как теплопотери через стенку реактора. Для простоты анализа химическая схема процесса принималась максимально упрощенной, и влияние сложной кинетики на характеристики процесса не рассматривалось. Во всех работах теплофизические параметры системы принимались постоянными. При такой постановке задачи в случае адиабатического реактора (и в предположении постоянства теплового эффекта реакции) при равенстве теплоемкостей потоков фаз (теплоемкость потока фазы равна произведению теплоемкости, плотности и линейной скорости фазы) значение максимальной температуры в зоне горения может расти до бесконечности [8].
Однако, несмотря на принятые упрощения, эти модели объяснили многие явления, имеющие место при газификации твердого топлива. А именно: инверсию волны горения; рекуперацию тепла в зону химических реакций; режимы с неполным расходованием окислителя; ограничение максимальных разогревов боковыми теплопотерями и т.д. При этом, открытыми остались вопросы об ограничении максимальных разогревов в адиабатическом реакторе;

Рис. 2.20 Зависимость концентрации Н2 в газообразных продуктах от доли топлива для различных концентраций воды в окислителе

Рис. 2.21 Зависимость теплового эффекта реакции от доли топлива при постоянной температуре в зоне горения