Последовательно-параллельные процессы при фильтрационном горении

• Автор: Салганская, Марина Вячеславовна
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 100 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЛИТОБЗОР
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТОВ
ГЛАВА 3. ГАЗИФИКАЦИЯ ВЛАЖНОГО УГЛЯ
3.1 Литературные данные по газификации угля
3.2 Результаты экспериментов
3.3 Расчет материального баланса газификации угля
ГЛАВА 4. ГАЗИФИКАЦИЯ СМЕСЕЙ С ПОЛИЭТИЛЕНОМ
4.1 Литературные данные по пиролизу полиэтилена
4.2 Результаты экспериментов
4.3 Расчет материального баланса газификации смесей с полиэтиленом 71 ГЛАВА 5. ГАЗИФИКАЦИЯ СМЕСЕЙ С ПОЛИУРЕТАНОМ
5.1 Литературные данные по пиролизу полиуретана
5.2 Результаты экспериментов
5.3 Расчет материального баланса газификации смесей с полиуретаном 91 ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Процесс фильтрационного горения твердого топлива со сверхадиабатическими разогревами активно исследовался в последние несколько лет, в том числе в Институте проблем химической физики. РАН в г. Черноголовка. Под фильтрационным горением понимается распространение волны экзотермической реакции в пористой среде, содержащей горючее, при фильтрации газообразного окислителя. При фильтрационном горении твердого топлива появляется ряд новых явлений: явление сверхадиабатических
разогревов, когда отсутствует прямая зависимость температуры горения от содержания горючего; возможность протекания различных процессов (испарение и конденсация влаги, пиролиз топлива, горение коксового остатка) как в последовательном, так и в параллельном режимах; реализуется высокий энергетический КПД превращения. Существующие теоретические модели фильтрационного горения позволили объяснить многие явления: рекуперацию тепла в зону горения, возможность реализации различной тепловой структуры волны горения, существование переходной волны горения с максимально эффективной рекуперацией тепла и т.д. Однако для фильтрационного горения, в плотном слое до сих пор нет общей теории, нет общих представлений о механизме ряда явлений. Вследствие сложности изучаемого процесса в моделях рассматривалась только главная стадия - стадия окисления горючего. Стадия окисления горючего (например, углерода) также хорошо исследована экспериментально.
В настоящий момент в ИПХФ РАН интенсивно ведутся работы по изучению закономерностей фильтрационного горения различных органических топлив (древесина, лигнин, торф и др.). Сложность изучения таких систем заключается в том, что при нагреве твердого топлива сначала происходит испарение влаги, а затем пиролиз. При этом образуется коксовый остаток, а также выделяются газообразные и жидкие продукты. В зависимости от условий процесса (скорости нагрева, максимальной температуры, времени пребывания

топлива в высокотемпературной зоне) сильно меняется состав и выход продуктов пиролиза. При горении топлива в спутном фильтрационном режиме выход кокса влияет на тепловую структуру волны горения, что, в свою очередь, определяет условия пиролиза. Кроме того, в подобной системе возможно взаимное влияние стадий процесса: испарения, пиролиза и догорания коксового остатка. Т.к. эти процессы протекают в сложных температурно — временных условиях, неизученность протекания отдельных процессов, не позволяет предвидеть общий результат исследования. В связи с этим возникает необходимость детального экспериментального исследования процессов фильтрационного горения твердого топлива, содержащего испаряющиеся и пиролизующиеся компоненты.
Простейший случай подобной системы — топливо, содержащее кокс и влагу. Высокое содержание влаги присуще многим реальным топливам, в частности, древесине, биотопливам, твердым бытовым отходам и т.д. Несмотря на то, что процесс фильтрационного горения значительно более устойчив к повышенному содержанию воды в топливе, она может оказывать существенное влияние на характеристики волны горения.
Более сложным случаем является наличие в топливе пиролизующегося горючего компонента. При этом может происходить не только пиролиз компонента и вынос продуктов пиролиза газовым потоком, но и его окисление. Примером такого процесса может быть горение топлива, содержащего полимеры. Частичное разложение полимера обуславливает наличие в продуктах газификации целого комплекса органических веществ, как жидких, так и газообразных, с различными свойствами. Кроме того, еще одно принципиальное отличие от случая с водой состоит в том, что при попадании в зону горения полимер может окисляться. Некоторые полимеры при нагреве дают коксовый остаток, изменяющий соотношение «кокс / инертный материал» в волне горения. Выбор полимеров в качестве объекта исследования, обусловлен также тем, что в литературе имеются сведения о закономерностях и продуктах их термодеструкции.
Т, °С; ву, м3/(час м2)
1, мин
Рис. 3.14. Температурные профили для эксперимента с воздушно-сухим углем (9% влажности) с принудительной просадкой смеси, содержание горючего в
смеси 80%.
Т, °С; ву, м3/(час м2)
О 5 10 15
1, МИН
Рис. 3.15. Температурные профили для эксперимента с углем 30% влажности с принудительной просадкой смеси, содержание горючего в смеси 80%.