Научный журнал

Современные наукоемкие технологии

ISSN 1812-7320

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,940

• Авторы
• Файлы

Дубинин А.М. Филиппов Д.В. Тупоногов В.Г. Ляхов Е.В.

Статья в формате PDF

69 KB

Одним из наиболее распространенных способов получения газа из углей являет­ся газификация в кипящем слое [1,2]. Воздушная газификация бурых углей в кипящем слое позволяет получить горючий газ без использования кислородного дутья.

В кипящем слое одновременно идут две реакции: 2C + O₂ + 3,76N₂ = = 2CO + 3,76N₂ - частичного горения углерода с выделением теплоты и C + CO₂ + + 3,76N₂ = 2CO + 3,76N₂ - эндотермическая реакция взаимодействия оставшегося угле­рода с диоксидом углерода. Часть продуктов газификации (1-х) поступает на горение со вторичным воздухом, где выделяется теплота: 2CO + 3,76N₂ + O₂ + 3,76N₂ = 2CO₂ + + 7,52N₂. Продукты газификации и полного сгорания углерода отводятся раздельно.

При идеальном перемешивании твердой фазы в газогенераторе с кипящим слоем стационарную задачу о распределении температуры и концентраций реагирующих компонентов можно описать следующей системой уравнений:

где: 

q_x0 - теплота экзотермической реакции частичного горения углерода 2C+O₂+3,76N₂ = C+CO₂+3,76N₂ , отнесенная к массе исходного углерода, равная 16410 кДж/кг;

q_x3 - теплота эндотермической реакции C+CO₂+3,76N₂ = 2CO+3,76N₂ , отнесенная к массе исходного углерода, равная 8031 кДж/кг;

qx1 - теплота экзотермической реакции горения оксида углерода 2CO+3,76N2+O2+3,76N2 = 2CO2+7,52N2 , отнесенная к массе углерода, равная 16507 кДж/кг;

q_y ; q_вy; q_вl ;q_в2 -теплота, вносимая в газогенератор с углем, влагой угля, воздухом, по­даваемым на газификацию и горение, отнесенные к массе угля и равные соответствен­но 27, 66, 116, 277 кДж/кг;

q_{нив у} - теплота, затраченная на нагрев и испарение влаги угля, отнесенная к массе угле­рода и равная 1230 кДж/кг;

q₃ ; q₄ - потери теплоты с химическим недожогом и уносом угля, приняты равными 0,03 и 0,02 соответственно;

C_пг и C_пc - удельные теплоемкости продуктов газификации и сгорания, равные 9,68 и 9,2 кДж/(кгК), отнесенные к массе исходного углерода, соответственно; x - доля продуктов газификации, отводимая из газогенератора для полезного использо­вания, а (1-х) - на сжигание для повышения температуры в кипящем слое;

G_C - массовая скорость углерода на входе в кипящий слой, равная 0,12 кг/(с-м );

ρ⁰_пг - плотность продуктов газификации при нормальных условиях, равная 1,51 кг/м³;

C_C^L - концентрация углерода в слое;

C_C⁰ - концентрация углерода на входе в слой, равная 0,52 кг/м³;

P, P₀ - давление в газогенераторе и атмосферное давление, равные 0,1 МПа;

r_O2 ; r_CO; r_Co2 ;r_N2 - объемные доли кислорода, оксида углерода, диоксида углерода и азота в продуктах газификации, м³/м³;

K₂, K₃ - константы скоростей реакций взаимодействия углерода с кислородом и угле­рода с диоксидом углерода, м³/(скг), взяты из [3];

R - универсальная газовая постоянная, 8,314 Дж/(мольК);

t - температура в кипящем слое, ^oC;

ε - порозность кипящего слоя, равная 0,5.

Расчеты показывают, что при увеличении доли продуктов газификации, идущих на сгорание (1-х) увеличивается температура в кипящем слое и теплота сгорания Q, но количество полезно отводимого продукта газификации уменьшается. Однако, произве­дение B • х • Q_i^r, кВт (где B - производительность газогенератора по продуктам газифи­кации, м³/с) имеет экстремальный характер и достигает максимума 44 кВт при х = 0,925. При этих условиях температура кипящего слоя составляет 815 ^oC, теплота сгорания продуктов газификации 3629 кДж/м³.

ЛИТЕРАТУРА

1. Альтшурер В.С., Сеченов Г.П. Процессы в кипящем слое под давлением. М.: Наука, 1963. 214 с., ил.
2. Альтшурер В.С. Новые процессы газификации твердого топлива. М.: Недра, 1976. 280 с., ил.
3. Лавров Н.В. Физико-химические основы горения и газификации топлива. М.: Металлургиздат, 1957. 288с.

Библиографическая ссылка