МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТУПЕНЧАТОЙ ГАЗИФИКАЦИИ УГЛЯ В ПЛОТНОМ СЛОЕ

  • И. Г. Донской Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН
Ключевые слова: математическая модель, процесс, реактор, газификация

Аннотация

Работа посвящена разработке математической модели процесса ступенчатой газификации угля в плотном слое. Ступенчатая газификация предполагает разделение процесса переработки топлива на несколько стадий. В настоящей работе рассматривается процесс, в котором топливо последовательно подвергается пиролизу (полукоксованию) и газификации. При газификации в качестве дутья используются продукты сгорания пирогаза. Теплота, необходимая для пиролиза угля, получается при сжигании части произведенного синтез-газа. Такая организация процесса позволяет получать бессмольный газ (за счет сжигания смолистых веществ после стадии пиролиза) и избавиться от дорогостоящих систем очистки. В связи с этим появляется задача расчета и оптимизации режимов работы газогенераторов ступенчатого процесса. Поскольку в схеме процесса есть рециркулирующий поток, решение находится путем многократного расчета схемы, при котором уточняются стационарные значения режимных параметров. Расчет реакторов пиролиза исходного угля и газификации полукокса производится на основе разработанной автором модели слоевой термохимической конверсии твердых топлив. При расчете реакторов горения горючих газов применяется термодинамическая модель конечного равновесия при постоянных давлении и энтальпии. Построенная модель применяется для исследования влияния управляющих параметров – коэффициента рециркуляции синтез-газа и коэффициента избытка окислителя в камере сгорания пирогаза. Расчеты показывают, что существуют диапазоны изменения этих параметров, в пределах которых эффективность процесса (химический КПД) является достаточно пологой их функцией. Уменьшение коэффициента рециркуляции ниже оптимального значения (около 6-7 %) приводит к нехватке теплоты для осуществления пиролиза и, как следствие, к резкому снижению эффективности процесса. При увеличении доли сжигаемого синтез-газа выше 15 % увеличивается общий избыток окислителя в системе, что также уменьшает КПД газификации. Изменение избытка окислителя при сжигании пирогаза в широких пределах (1-1,8) практически не влияет на эффективность процесса, что связано с полезным использованием избыточного кислорода в реакторе газификации.

Литература

1. Кейко А.В., Ширкалин И.А., Свищев Д.А. Перспективные режимы газификации низкосортного твердого топлива // Известия АН. Энергетика. - 2006. - №3. - С. 55-63.
2. Исследование управляемости процессов слоевой термохимической конверсии твердого топлива / А.В. Кейко, Д.А. Свищев, А.Н. Козлов, И.Г. Донской // Теплоэнергетика. - 2012. - № 4. - С. 40-47.
3. Исследование процессов многозонной газификации биомассы / А.Ф. Рыжков, А.В. Попов, И.В. Рыжков, В.Е. Силин // Горение твердого топлива: Сб. докладов VI Всерос. конф., Новосибирск, 8-10 ноября 2006 г. - Новосибирск.: Изд-во ИТ CO РАН, 2006. - Ч.3. - С. 126-136.
4. Попов А.В., Рыжков А.Ф. Управляемый процесс газификации биомассы // Промышленная энергетика. - 2008. - № 1. - С. 27-31.
5. Технологии газификации в плотном слое: Монография / Р.Ш. Загрутдинов, А.Н. Нагорнов, А.Ф. Рыжков, П.К. Сеначин; под ред. П.К. Сеначина. - Барнаул: ОАО "Алтай-ский дом печати", 2009. - 296 с.
6. A new experimental Continuous Fixed Bed Reactor to characterise wood char gasification / L. Van de Steene, J.P. Tagutchou, F. Mermoud, E. Martin, S. Salvador // Fuel. - 2010. - V. 89. - P. 3320-3329.
7. The design, construction and operation of a 75 kW two-staged gasifier / U. Henriksen, J. Ahrenfeldt, T.K. Jensen, B. Gobel, J.D. Bentzen, C. Hindsgaul, L.H. Sorensen // Energy. - 2006. - V. 31. - P. 1542-1553.
8. Improving the performance of fluidized bed biomass/waste gasifiers for distributed electricity: A new three-staged gasification system / A. Gomez-Barea, B. Leckner, A.V. Perales, S. Nilsson, D.F. Cano // Applied Thermal Engineering. - 2013. - V. 50. - P. 1453-1462.
9. The development of a computer model for a fixed bed gasifier and its use for optimization and control / B. Gobel, U. Henriksen, T.K. Jensen, B. Qvale, N. Houbak // Bioresource Technology. - 2007. - V. 98. - P. 2043-2052.
10. Modelling a solid-fuel staged gasification process / A.V. Keiko, D.A. Svishchev, A.N. Kozlov, A.F. Ryzhkov // Proceedings of the 11th International Conference on Sustainable Energy Technologies (SET-2012), September 2-5, 2012. Vancouver, Canada. – 12 p.
11. Расчет режимов слоевой газификации угля с помощью термодинамической модели с макрокинетическими ограничениями / И.Г. Донской, А.В. Кейко, А.Н. Козлов, Д.А. Свищев, В.А. Шаманский // Теплоэнергетика. - 2013. - № 12. - С. 56-61.
12. Чуханов З.Ф. Некоторые проблемы топлива и энергетики. - М.: Издательство АН СССР, 1961. - 480 с.
13. Ковенский В.И., Теплицкий Ю.С. О теплопроводности зернистого слоя // Инженерно-физический журнал. - 2008. - Т. 81. - № 5. - С. 956-962.
14. Ковенский В.И. Об одном методе расчета слоевого горения коксового остатка твердого топлива // Теоретические основы химической технологии. - 2012. - Т. 46. - № 2. - С. 216-228.
Опубликован
2018-01-23
Раздел
Статьи