Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Необхідність розвитку технологій газифікації твердих палив зазвичай пов'язують зі зменшенням запасів дешевих ресурсів нафти і газу. Запаси твердого палива (вугілля, біомаса, торф) досить великі, а вартість помітно нижче, ніж для вуглеводнів. Крім того, запаси твердого палива розподілені більш рівномірно, ніж нафти і газу. Саме такими причинами були обумовлені сплески інтенсивності робіт з даної тематики в довоєнні роки і після енергетичного кризи 1973 р.

Газифікація дозволяє вирішити проблему переробки відходів лісової, целюлозно-паперової, сільськогосподарської, вуглезбагачувальної промисловості, твердих побутових відходів, низькосортного вугілля. Незважаючи на великі запаси таких енергоресурсів, їх застосування в енергетиці шляхом традиційного спалювання утруднено, оскільки такі палива мають низьку теплотворну здатність, яка обумовлена ??низьким вмістом вуглецю в горючій частини, високою вологістю, високою часткою негорючого баласту, токсичністю продуктів згоряння. Разом з тим ці особливості не перешкоджають переробці палив шляхом піролізу і газифікації.

1. Актуальність теми

Проблема, яка стоїть перед розробниками обладнання для проведення газифікації, полягає у відсутності надійних інженерних методик розрахунку газогенераторного обладнання. З цієї причини при розробці газогенераторів невиправдано велике значення має емпіричний підхід, а попередні техніко-економічні дослідження таких установок не дозволяють адекватно оцінити їх потенціал. Для повного спалювання такі методики загальновідомі, оскільки склад продуктів досить просто оцінити. У разі газифікації склад продуктів визначається фізико-хімією протікають процесів. Тому розробка математичних моделей на основі аналізу фізико-хімічних особливостей процесу газифікації та пошук нових підходів до їх опису є актуальною науковою задачею, рішення якої може істотно прискорити етапи проектування таких установок. Проблемам розробки інженерних методик розрахунку шарового горіння вуглецю присвячені роботи З.Ф. Чуханова, Х.И. Колодязних, Б.В. Канторовича, В.В. Померанцева.

2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати

З актуальності методик розрахунку процесів газифікації випливає актуальність створення математичних моделей таких процесів, які повинні бути досить універсальні. Під універсальністю в даному випадку розуміється то, що при зміні параметрів процесу (таких як технічні характеристики палив, розміри апарату, витрати дуття і палива) в межах цікавлять конструктора значень структура моделі не змінювалася б.

Детальні диффузионно-кінетичні моделі, які дають основу для розрахунків гетерогенного горіння, не завжди можуть бути використані в таких широких діапазонах параметрів. Це пов'язано, як вже зазначалося, з труднощами в детальному описі протікають при газифікації твердого палива явищ, багато з яких вивчені лише в невеликому ступені. Тому для розрахунків за допомогою кінетичних моделей доводиться вводити велику кількість припущень і спрощень, застосування яких не завжди можна оцінити. У зв'язку з цим кінетична модель насичується невизначеною інформацією. Можна «налаштувати» кінетичну модель таким чином, щоб можна було пояснити поведінку системи в деякому вузькому діапазоні умов, однак при цьому модель часто втрачає універсальність.

Традиційні рівноважні термодинамічні моделі дозволяють розраховувати процеси, детальний механізм яких невідомий. Однак, на відміну від процесів повного спалювання, при газифікації повне рівновагу практично не досягається. Крім того, при цьому відсутня прив'язка до конкретного виду апарату і використовуваної технології. Тому деякі з ефектів не можуть бути досліджені за допомогою класичних термодинамічних моделей.

3. Огляд досліджень та розробок

Процеси перетворення палива в газоподібні продукти зазвичай описують за допомогою наближених кінетичних схем, для яких характерна громіздкість, а іноді і невідповідність фізичної стороні явищ. Це пов'язано з недостатньою розробленістю теорії гетерогенних явищ при горінні і газифікації твердого палива. Простіші моделі - термодинамічні - можуть бути застосовані при відповідному обліку макрокінетіческіх особливостей.

Газифікація твердого палива застосовується тоді, коли цільовим продуктом є горючий газ. Для цього паливо окислюють таким чином, щоб найбільш повно перевести його хімічну енергію в хімічну енергію газу (тобто його теплоту згоряння, яка визначається в основному наявністю СО і Н2)

gen

Генераторний газ може бути використаний для різних енергетичних потреб - наприклад, для спалювання в опалювальних цілях або для отримання електроенергії в газотурбінних установках. Для низькосортних палив, які часто не можуть бути використані для прямого спалювання через властивих їм особливостей (підвищені зольність, вологість, токсичність), газифікація може стати найбільш доцільним шляхом термохімічної конверсії.

Існують різні варіанти організації процесу газифікації твердого палива. Це технології щільного шару, технології киплячого шару, потокові технології. Окремо виділяється підземна газифікація вугілля, яка відбувається в каналі, пробитому в вугільному пласті.

За хімічним складом дуття (тобто газу, що подається в газогенератор) газифікація може бути повітряна, паровоздушная, киснева, парокіслородной, парова, углекислотная. Процеси газифікації можуть бути автотермічний (тобто здатними стійко протікати за рахунок власної теплоти) і аллотерміческімі (тобто вимагають для здійснення теплоти ззовні).

Технології щільного шару є найбільш простими з технічної точки зору. У щільному шарі палива можливі різні варіанти подачі дуття по відношенню до потоку палива. Це пряма подача дуття (проти напрямку потоку палива), звернена подача (в напрямку потоку палива), комбінована (в обох напрямках) і перехресна (в перпендикулярному напрямку) В прямому процесі дуття подається знизу, і в місці його подачі утворюється зона горіння, в якої відбуваються в основному екзотермічні реакції. Далі нагріте газ надходить в зону відновлення, де продукти згоряння частково відновлюються до горючих газів. Після цього гази надходять в зону підготовки палива. У цій зоні температура і концентрація окислювача недостатні для горіння, але відбувається сушка і піроліз вихідного палива. В цьому випадку виходить газ містить калорійні продукти термічного розкладання, однак при газифікації низькосортних палив містить також велику кількість смоли. Для створення високих температур в зоні горіння застосовується горновий спосіб газифікації - для цього з дуттям в шар подається паливний пил .Гореніе пилу створює високі температури, достатні для здійснення рідкого шлаковидалення. Завдяки цьому інтенсивно протікають реакції в відновлювальної зоні. Таким чином, вдається досягти високої швидкості спрацьовування палива.

Звернена подача дуття здійснюється з потоком палива. В цьому випадку зона горіння розташована нижче зони підготовки, тому що утворюються смоли частково розкладаються під дією високої температури. Нижче зони горіння розташовується зона відновлення, де продукти горіння палива і летючих відновлюються до горючих газів. Таким чином можна отримувати генераторний газ з невеликим вмістом смол. Однак в такому випадку має місце менш ефективна, ніж в прямому процесі, підготовка палива. Тому звернений спосіб подачі дуття обмежений по вологості і по зольності палива.

Комбінований спосіб передбачає одночасну подачу дуття зверху і знизу в шар палива. При цьому в нижній частині шару реалізується прямий процес, а у верхній - звернений. Генераторний газ відводиться на кордоні зон відновлення. Очевидно, що керувати таким процесом не просто. Перехресна газифікація проводиться при подачі дуття крізь шар збоку. Зони розташовуються в цьому випадку аналогічно прямому процесу, проте зонування відбувається по перетину шару. Через складність управління і відсутності явних переваг перед прямим і оберненим процесами, комбінований і перехресний способи подачі дуття використовуються рідко.

Найбільш освоєною в промислових масштабах є технологія щільного шару Lurgi. Такі газогенератори широко використовувалися раніше як в енергетичних цілях, так і для потреб хімічної промисловості. На даний момент в світі в промислових масштабах використовується близько 100 таких газогенераторів. У даній роботі розглядається щільний шар з зверненим дуттям.

Однією з причин високої питомої вартості газогенеруючих установок є витрати на їх розробку. Оскільки надійних інженерних методик розрахунку процесу газифікації поки не запропоновано, розробка технологій відбувається в основному емпіричним шляхом, методом проб і помилок масштабування. Це пов'язано з тим, що елементарні процеси перетворення твердого палива вивчені в недостатній мірі для створення загальної теорії явищ в шарі. Основними інструментами тому є балансні і рівноважні методи розрахунку, які не завжди виправдовують очікування розробників газогенераторного обладнання.

Висновки

Таким чином більш доцільною є розробка гібридних моделей, які, з одного боку, дають можливість окреслити (нехай навіть наближено) макрокінетіческое поведінку системи, з іншого - не перевантажувати модель невизначеними вхідними даними і використовувати по можливості прості рівноважні апроксимації для стадій з невідомим механізмом.

Перелік посилань

  1. Кравцов В.В. Экономическое использование угля в теплоэнергетике/ В.В. Кравцов, А.Г. Махмудов, А.В. Харченко – Донецк: ДонГТУ, 1999.-320с.
  2. Шиллинг Г.-Д. Газификация угля / Г.-Д. Шиллинг, Б. Бонн, У. Краус. –М.: Недра, 1968. – 175 с.
  3. Парахін М.Ф. Спеціальні питання спалення та термічної переробки палива / М.Ф. Парахін, В.І. Шелудченко, В.В. Кравцов.– Донецьк: РІА ДонДТУ, 1999.– 252с.
  4. Кравцов В.В. Разработка методики по определению температуры в зоне активного горения твердого топлива при добавках к воздушному дутью воды или пара/ В.В. Кравцов, Г.Г. Махов, В.И. Шелудченко, А.Б. Бирюков // Сборник научных трудов Донбасского горно-металлургического института. Выпуск 15.Алчевск: ДГМИ, 2002.-С.29-30
  5. Кравцов В.В. Теплотехника термической переработки твердых топлив: учебное пособие / В.В. Кравцов, А.Б. Бирюков, И.П. Дробышевская. – Донецк: Изд-во «Ноулидж», 2011. – 170 с.
  6. Бирюков А.Б. Методика расчета и исследование процесса газификации твердого топлива по смешанной схеме / А.Б. Бирюков // Металлургическая и горнорудная промышленность: Научно-технический и производственный журнал. – 2014/1. – № 3. – С. 115-119.
  7. Сафьянц C.M. Разработка и анализ способов получения пара для формирования паровоздушного дутья в системах производства смешанного генераторного газа / C.M. Сафьянц, А.Б. Бирюков, А.С. Сафьянц // Металлургическая теплотехника: сб. науч. тр. – Вып. 6 (21). – Депропетровск: Новая идеология, 2014. – С. 58-65.