Стабилизация фронта фильтрационного горения в наклонном вращающемся реакторе

• Автор: Зайченко, Андрей Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 93 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ОБОЗНАЧЕНИЯ
ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 Общая характеристика фильтрационного горения твердого топлива
1.2 Явление сверхадиабатического разогрева в
фильтрационном горении
1.3 Использование углеродсодержащих отходов в качестве альтернативного источника энергоресурсов
1.4 Технологии термической переработки/уничтожения углеродсодержащих материалов
1.5 Существующие технологии газификации
1.6 Технологическая схема газификации углеродсодержащих
отходов в сверхадиабатическом режиме
1.7 Неустойчивость фронта фильтрационного горения
1.8 Заключение
ГЛАВА II. НЕОДНОМЕРНОЕ ДВИЖЕНИЕ ТВЕРДОЙ ФАЗЫ
ГЛАВА III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1 Экспериментальная установка
3.2 Объект исследования
3.3 Методика измерения проницаемости
экспериментальных составов
3.4 Методика проведения эксперимента
3.5 Методика измерения ширины светящейся зоны
3.6 Методика отбора газообразных продуктов
горения для масс-спектрометрического анализа
3.7 Методика подачи воды в реактор
3.7.1 Методика калибровки капилляра

ГЛАВА IV. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДВИЖЕНИЯ КОНДЕНСИРОВАННОЙ ФАЗЫ НА ХАРАКТЕР
ФИЛЬТРАЦИОННОГО ГОРЕНИЯ УГЛЕРОДА
4.1 Влияние угла наклона реактора на скорость
развития прогара
4.2 Исследование влияния угла наклона и скорости вращения реактора на условия стабилизации плоского фронта горения при
воздушной газификации древесного угля
4.3 Изучение состава газообразных продуктов
газификации
4.3.1 Изучение состава газообразных продуктов
воздушной газификации древесного угля
4.3.2 Изучение состава газообразных продуктов паровоздушной газификации древесного угля
4.4 Апробация воздушной и паровоздушной
газификации в реакторе внутреннего диаметра 160 мм
4.5.1 Стабилизация фронта горения при газификации
материалов различного химического состава
4.5.2. Газификация древесины
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Большой интерес представляет организация процесса фильтрационного горения, когда направление распространения тепловой волны совпадает с направлением фильтрующегося газа. В таком процессе реализуется явление сверхадиабатического разогрева. Сверхадиабатический разогрев при фильтрационном горении возникает в результате наличия источника тепла и теплообмена между потоками твердых и газообразных веществ, движущихся навстречу друг другу, в результате чего происходит рекуперация тепла из продуктов горения в зону реакции. Эффект рекуперации тепла может существенно повысить температуру в зоне горения, позволяя использовать в этом случае низкокалорийные топлива либо осуществлять процессы с малым тепловым эффектом (малым тепловыделением). Особый интерес представляет возможность использования фильтрационного горения со сверхадиабатическим разогревом для термической переработки (газификации) различного рода низкокалорийных топлив, в том числе ряда промышленных и бытовых отходов. Преимуществами сверхадиабатического метода термической переработки углеродсодержащих отходов по сравнению с существующими методами являются высокий КПД процесса (до 95%), возможность значительного снижения содержания вредных веществ в газообразных продуктах после дожигания, возможность эффективной переработки некоторых видов отходов, которые не могут быть утилизированы другими способами.
Однако при изучении процессов фильтрационного горения в пористой системе, содержащей твердое горючее и пористый негорючий материал, при вынужденной фильтрации газообразного окислителя в ряде случаев наблюдается возникновение и развитие неустойчивости фронта горения. Одной из причин неустойчивости плоского фронта волны горения является нарушение однородности фильтрации газообразного окислителя, в частности

1.7. Неустойчивость фронта фильтрационного горения
Хорошо известно, что горение газов, порохов, безгазовых систем может протекать существенно нестационарно [47 — 50]. Нестационарный характер процесса при постоянстве внешних условий указывает на неустойчивость внутренней структуры фронта горения. Неустойчивость фронта горения на практике проявляется в неравномерном по сечению печи распределении температуры. Одной из причин неустойчивости плоского фронта волны горения является нарушение однородности фильтрации газообразного окислителя вследствие выгорания горючего из исходной смеси либо неравномерного распределения материала при загрузке. Такие неустойчивости наблюдаются и в таких крупнотоннажных производствах как доменное производство [51, 52]. Распределение материала шихты по объему печи оказывает сильное влияние на показатели ее работы [53 - 59].
Фильтрационное горение конденсированных сред в этом отношении не является исключением (рис. 6). При протекании процессов фильтрационного горения в пористой системе, содержащей твердое горючее и пористый негорючий материал, при вынужденной фильтрации газообразного окислителя в ряде случаев наблюдается возникновение и развитие неустойчивости фронта горения. Неустойчивость также может определяться различием фильтрационных свойств исходных веществ и твердых продуктов горения [60, 61] в т.ч. вследствие выделения при пиролизе жидкой фазы, спекания материалов и иных причин.
Кроме различий фильтрационных свойств исходных веществ и твердых продуктов горения характер устойчивости фронта горения определяется отношением размеров сгоревшей и несгоревшей областей, толщиной прогретого слоя, уровнем теплопотерь.