Разработка и моделирование установки для термической обработки горючих сланцев

• Автор: Косова, Ольга Юрьевна
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 149 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ,

СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ И ТЕРМИНОВ

ВВЕДЕНИЕ.

1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ И УСТАНОВКА

ДЛЯ ИХ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ.

1.1. Общие сведения по использованию низкосортного твердого топлива.

1.1.1 Энергетическое использование

1.1.2.Энергохимическое использование

1.2. Ресурсы и использование горючих сланцев.

1.3. Технологические аспекты пирогазификации.

1.4. Реакторные устройства
1.5. Установка для термической переработки пылевидного сланца
в трубчатых реакторах.
1.6. Выводы
2. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕЧЕНИЯ И ТЕПЛООБМЕНА В ТРУБЧАТЫХ РЕАКТОРАХ.
2.1. Общие сведения о изученности течения газодисперсных потоков.
2.2. Основные параметры, характеризующие течение газовзвссн, и
их расчет.
2.2.1. Аэродинамические характеристики твердых частиц
2.2.2. Структура потока газовзвеси в горизонтальной трубе и рабочая скорость газа.
2.2.3. Гидравлическое сопротивление газовзвеси при разложении частиц и перераспределении фаз по длине потока .
2.2.4. Скорость движения твердых частиц в неизотермическом
потоке газовзвеси.
2.3. Алгоритм расчета характеристик течения газовзвеси в трубчатом реакторе.
2.3.1. Адиабатический разгонный участок
2.3.2. Основной участок .
2.4.0бщие сведения об изученности теплообмена при течении газовзвеси в трубах
2.5. Метод расчета теплообмена при течении в трубе газовзвеси с термохимически разлагающейся твердой фазой.
2.5.1. Физические представления и исходные соотношения
2.5.2. Расчетная схема и рекуррентные связи
2.5.3. Алгоритм расчета
2.5.4. Сравнение расчета с опытными данными
2.6. Выводы.
3. КОМПЛЕКСНЫЙ РАСЧЕТ ТРУБЧАТЫХ РЕАКТОРОВ В
СОСТАВЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНОГО ПИРОЛИЗА СЕРНИСТЫХ СЛАНЦЕВ.
3.1. Технологические и энергетические показатели процесса пиролиза сланцев.
3.1.1 .Расходные показатели
3.1.2.Материальный баланс и выход кокса
3.1.3.Тепловой эффект пиролиза
3.1.4.Динамика пиролиза в реакторе.
3.1.5.Тепловой баланс реакторапиролизера
3.2. Распределение материальных потоков и температур
в установке.
3.3. Параметры кипящего слоя и внешняя задача теплообмена реакторных труб
3.4. Алгоритм комплексного расчета трубчатых реакторов
3.5. Обсуждение результатов расчетов
3.6. Сравнение показателей трубчатых и других реакторов для термической обработки топлива
3.7. Выводы.
4. РАСЧЕТ ЗАКАЛОЧНОГО УСТРОЙСТВА.
4.1. Постановка задачи и исходные положения
4.2. Алгоритм расчета.
4.3. Результаты расчетов и практические рекомендации.
4.4. Выводы.
5. ВОПРОСЫ ОПТИМИЗАЦИИ И ЭКОНОМИЧЕСКИЕ
ПОКАЗАТЕЛИ
5.1. Оптимизация параметров реакторовпирогазификаторов
5.2. Экономические преимущества проточных трубчатых реакторов типа газовзвесь перед реакторами с кипящим слоем
5.3. Оптимизация параметров закалочных устройств
5.4. Выводы.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


В настоящее время проблема комплексного использования твердого топлива — это, главным образом, проблема аппаратурного оформления головных процессов термодеструктивных превращений исходного топливного вещества. До сих пор основное внимание уделялось изучению технологических аспектов пиролиза и газификации, а теплотехническая их сторона остается недостаточно разработанной. В работах, выполненных в Саратовском государственном техническом университете, показано, что сочетать современные концепции технологии пиролиза и газификации с оптимальными условиями энергообеспечения этих сильно эндотермических процессов удается при использовании проточных трубчатых реакторов типа газовзвссь. Подвод теплоты в зону разложения топливного вещества от внешнего источника через стенку реактора дает возможность эффективно управлять процессом разложения и получать целевые продукты заданного состава и высокого качества. По отношению к освоенным в промышленности малоинтенсивным реакторным устройствам для переработки угля и сланцев в зернистом и кусковом состояниях, трубчатые реакторы позволяют перерабатывать мелкий отсев топлива, доля которого при механизированной добыче составляет % и больше от всей массы топлива. Они имеют и многие другие важные преимущества. Решение задачи создания трубчатых реакторов, а также закалочных и теплоутилизационных аппаратов для перспективных схем топливоиспользования обусловливает необходимость создания надежных методов расчета теплообмена и гидравлического сопротивления потоков газовзвеси в условиях термохимических превращений твердой фазы. Наличие расчетных методик дает возможность выполнять проектирование, строить математические модели устройств и проводить их оптимизацию. Такого рода задачи рассматриваются и решаются в настоящей диссертационной работе. Цель работы. Разработка установки и методик расчета основных се элементов - проточных трубчатых реакторов типа газовзвесь для термической обработки горючих сланцев в пылевидном состоянии. Научная новизна работы. Разработана новая установка для термической обработки горючих сланцев в проточных трубчатых реакторах типа газовзвесь. Составлены математические модели, разработаны алгоритмы расчета: характеристик течения адиабатического разгонного участка и основного участка проточного трубчатого реактора типа газовзвесь; теплообмена при течении в трубе потока газовзвеси с химически разлагающимися твердыми частицами; трубчатого закалочного устройства типа газовзвесь; проточного трубчатого реактора для термоокислительного пиролиза кашпирских сланцев. Определены предпочтительные конструктивные и режимные параметры трубчаті,тх реакторов. Практическая значимость. Предложенная установка по своим удельным рабочим показателям значительно превосходит достигнутый к настоящему времени уровень. Совокупность составленных математических моделей, разработанных алгоритмов и программ расчета составляют теоретические основы проектирования трубчатых реакторов, применение которых позволяет решать актуальные задачи эффективного использования низкосортного твердого топлива и разрабатывать новую энергетическую технику. Настоящее исследование выполнено автором на кафедре промышленной теплотехники Саратовского государственного технического университета и является развитием работ, проводимых кафедрой по проблеме комплексного энерготехнологического использования топлива. Основные положения диссертации изложены в семнадцати печатных работах. По теме диссертации получен патент на изобретение. В процессе работы автор имела возможность пользоваться советами и консультациями научного руководителя, доктора технических наук, профессора В. Ф. Симонова, научного консультанта, доктора технических наук, профессора Ю. Я. Печенегова, за что автор выражает свою благодарность. Полезным было обсуждение отдельных вопросов с заслуженным деятелем науки и техники РФ, доктором технических наук, профессором В. Г. Каширским, с сотрудниками кафедры промышленной теплотехники. Всем лицам, содействовавшим написанию работы, автор выражает свою признательность.