Кінетика та динаміка вигоряння високозольного енергетичного вугілля у киплячому шарі під тиском
Створення лабораторних установок для дослідження кінетики і динаміки вигоряння вугілля та коксів у киплячому шарі під тиском до 2,5 МПа і температурах до 12000С. Розробка методик проведення досліджень з кінетики та динаміки вигоряння коксових частинок.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 24.02.2014 |
| Размер файла | 47,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
ІНСТИТУТ ГАЗУ
УДК 662.61
Автореферат дисертації
на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук
КІНЕТИКА ТА ДИНАМІКА ВИГОРЯННЯ ВИСОКОЗОЛЬНОГО ЕНЕРГЕТИЧНОГО ВУГІЛЛЯ У КИПЛЯЧОМУ ШАРІ ПІД ТИСКОМ
Спеціальність 05.14.06 - Технічна теплофізика і промислова теплоенергетика
ТОПАЛ ОЛЕКСАНДР ІВАНОВИЧ
КИЇВ - 2000
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Науково-технічному центрі вугільних енерготехнологій НАН та Мінпаливенерго України, м. Київ
Науковий керівник -
доктор технічних наук, старший науковий співробітник
Майстренко Олександр Юрійович, Науково-технічний центр вугільних
енерготехнологій НАН та Мінпаливенерго України
Офіційні опоненти:
доктор технічних наук, старший науковий співробітник
Хвастухін Юрій Іванович,
Інститут Газу НАН України, завідувач відділу;
кандидат технічних наук
Гречаний Олександр Микитович,
Науково-дослідний інститут теплоенергетики Мінпаливенерго України, директор
Провідна установа - Інститут проблем машинобудування ім. А.М.Підгорного НАН України, відділ моделювання теплових та механічних процесів (м. Харків)
Захист відбудеться “23” листопада 2000 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.255.01 в Інституті газу НАН України за адресою: 03113, м. Київ, вул. Дегтярівська, 39, тел. 446-44-71.
З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Інституту газу НАН України (03113, м. Київ, вул. Дегтярівська, 39)
автореферат розісланий “12” жовтня 2000 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради, к.т.н. ____________ Б.К. Ільєнко
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Стан проблеми. Сучасному стану, що склався у паливно-енергетичному комплексі України за останні десятиріччя, властиві наступні негативні риси: погіршення якості енергетичного вугілля, що спалюється на вітчизняних теплових електростанціях (ТЕС), за рахунок збільшення зольності (понад 35%); використання природного газу та мазуту для забезпечення стабільного вигоряння низькореакційного вугілля; зношення головного та допоміжного обладнання ТЕС, що експлуатується понад 25-30 років; відсутність систем сірко- та азотоочистки димових газів.
Значний потенціал у розв'язанні вказаних проблем мають технології спалювання вугілля у киплячому шарі під тиском (КШТ), завдяки яким можливе створення парогазових установок (ПГУ) на твердому паливі з коефіцієнтом корисної дії (ККД) 42-44% при високій екологічній чистоті методів термічної переробки вугілля.
Існуючі у світі сучасні модифікації зазначених технологій значною мірою відпрацьовані для використання високореакційного кам'яного вугілля малої та середньої зольності (Ad<30%). В той же час досвіду роботи з високозольним вугіллям, яке широко застосовується на ТЕС України, практично немає. Крім того, інформація щодо характеру процесу вигоряння твердого палива під тиском, яка необхідна для розробки та експлуатації топочного пристрою КШТ-котлоагрегату, вкрай обмежена.
Актуальність теми зумовлена необхідністю створення технології спалювання високозольного енергетичного вугілля у КШТ, яка б дозволила досягти високих техніко-економічних та екологічних показників роботи ТЕС та забезпечила можливість реконструкції застарілих енергоблоків. Здійснення цього потребує комплексного вивчення закономірностей вигоряння паливних частинок в умовах їх спалювання у КШТ.
Існуючі дані з вигоряння твердого палива були отримані для розрахунку та оптимізації пиловугільних котлоагрегатів, які працюють при температурах близько 1300-17000C на частинках розміром 50-200 мкм при атмосферному тиску. Інформація про кінетичні та динамічні характеристики вигоряння вугільних часток при їх спалюванні в КШТ (600-10000С, 0.3-1.6 МПа) та вплив на них тиску, швидкості газового потоку, розміру частинок, ступеня метаморфізму вугілля у широкому діапазоні зміни цих параметрів майже відсутня. Особливо це стосується високозольного українського вугілля. У зв'язку з цим існує нагальна потреба у розширенні відомих уявлень та отриманні нових кінетичних та динамічних закономірностей вигоряння високозольного вугілля України для вказаних режимних параметрів, приділяючи особливу увагу впливу тиску та розміру часток на умови його вигоряння. вугілля кокс тиск вигоряння
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Результати досліджень, які представлені у дисертаційній роботі, отримані у Науково-технічному центрі вугільних енерготехнологій НАН та Мінпаливенерго України (НТЦВЕ) при виконанні держбюджетної науково-дослідної роботи: “Дослідження методів газифікації та спалювання енергетичного та забалансового вугілля в потоці та киплячому шарі під тиском з метою розробки технічного завдання на створення дослідно-промислових парогазових установок на твердому паливі” № д/р 01.96.4008675 (1994-1997 рр) (рішення Бюро ВФТПЕ НАН України, протокол №2 від 8 лютого 1994 р.), а також на підставі наказів Міністра енергетики та електрифікації України №116 від 3 серпня 1993 р. “Про розробку прогресивних технологій використання вугілля в енергетиці” та №234 від 13 грудня 1995 р. “Про спорудження демонстраційної установки для спалювання та газифікації вугілля під тиском”.
Мета і задачі дослідження. Метою роботи є визначення закономірностей кінетики та динаміки вигоряння високозольного енергетичного вугілля та його коксів у киплячому шарі під тиском у широкому діапазоні зміни розмірів паливних частинок та тиску газу-реагенту.
Здійсненню цієї мети було підпорядковано виконання наступних задач:
створення лабораторних установок для дослідження кінетики і динаміки вигоряння вугілля та коксів у КШТ під тиском до 2.5 МПа і температурах до 12000С;
розробка методик проведення досліджень з кінетики та динаміки вигоряння коксових (вугільних) частинок у КШТ, методів реєстрації та обробки даних, аналіз похибок експериментів;
визначення кінетичних характеристик взаємодії коксів газового вугілля Донецького (ДГ) та Львівсько-волинського (ЛВГ) басейнів, а також донецьких антрацитів (ДА) та пісного вугілля (ДП) з киснем повітря під тиском, визначення впливу тиску та розмірів частинок на залежності швидкостей реагування коксів від ступеня конверсії зразка і температури; оцінка макрокінетичних областей конверсії;
отримання динамічних характеристик вигоряння частинок ДА, ДП, ДГ та ЛВГ вугілля у КШТ, вивчення характеру тепловиділення в зоні реакції та вплив на нього тиску, визначення часу вигоряння частинок зазначеного вугілля у КШТ;
розробка технологічних схем процесів спалювання вугілля (ДГ, ЛВГ, ДА, ДП) в класичному (ККШТ) та циркулюючому киплячому шарах під тиском (ЦКШТ);
розробка рекомендацій по використанню та впровадженню технологій спалювання вугілля у КШТ в енергетику України.
Наукова новизна отриманих результатів полягає у наступному.
1. Вперше для високого тиску повітря (більше 0.5 МПа) знайдені кінетичні характеристики взаємодії коксів ДГ, ЛВГ, ДА та ДП з киснем; отримана оцінка макрокінетичних областей реагування зазначених коксів з киснем в широкому діапазоні зміни температури (350-9500С) та тиску повітря у реакторі (0.1-2.0 МПа).
2. Визначено вплив тиску на залежності швидкостей вигоряння коксів енергетичного вугілля у кисні повітря від ступеню конверсії та температури взаємодії, при цьому вперше показано залежність даних параметрів від розміру паливних часток.
3. Вперше отримано час вигоряння частинок ДГ, ЛВГ, ДА та ДП з урахуванням впливу на цей час тиску газу-реагенту в реакторі.
Практична цінність отриманих результатів полягає у наступному.
1. Отримані емпіричні залежності часу вигоряння паливних частинок у КШТ.
2. Отримані кінетичні константи взаємодії коксів ДГ, ЛВГ, ДА, ДП з киснем повітря в КШТ.
3. Запропоновано елементи принципових технологічних схем процесів піроліз-спалювання в ЦКШТ та спалювання в ККШТ та ЦКШТ.
4. Розроблено рекомендації щодо використання ККШТ та ЦКШТ технологій під час реконструкції існуючих та створенні нових ТЕС, які призначені для спалювання високозольного енергетичного вугілля
5. Визначена економічна доцільність впровадження КШТ-технологій на ТЕС.
Результати дисертаційної роботи було використано: ДКБ “Південне” (м. Дніпропетровськ) при розробці проекту установки ЦКШ-1.0 для газифікації і спалювання вугілля у ЦКШТ тепловою потужністю 10 МВт; НДІ теплоенергетики Мінпаливенерго (м. Горлівка) при створенні проекту пілотної установки Зуївської ТЕЦ для спалювання вугілля у КШТ продуктивністю 2 тони вугілля на годину; Харківським ЦКБ Мінпаливенерго при розробці технічного проекту ЦКШ-котлоагрегату паропродуктивністю 250 т/г для Несвєтай ТЕС (Росія); ВАТ “Західенерго” при розробці концепції реконструкції Бурштинської ТЕС з використанням КШТ-технологій.
Особистий внесок здобувача полягає у: створенні головних елементів установок, що призначені для дослідження кінетики та динаміки вигоряння вугільних та коксових частинок в КШТ; проектуванні, виготовленні та налагодженні автоматизованої системи вимірювання, реєстрації експериментальних даних; розробці методик проведення експериментів та обробки даних; проведенні досліджень з кінетики та динаміки вигоряння; аналізі результатів експериментів та підготовці на їх підставі висновків і рекомендацій по використанню результатів в інженерних розрахунках.
Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації доповідались на таких конференціях та семінарах: семінар “Розробка нових вугільних енерготехнологій для потреб енергетики” (Київ, 1994 р); міжнародний семінар “Thermie” - “Оптимізація технологій використання місцевих вугільних ресурсів з метою забезпечення енергетичної незалежності країн-учасниць” (Київ, січень 1997 р); науково-методичний семінар “Стабілізаційний потенціал використання вугілля в електроенергетиці України” (Київ, травень 1997 р); семінар “Стратегічні напрямки впровадження нових технологій під час реконструкції та модернізації ТЕС” (Київ, 1997 р); школа-семінар “Підвищення ефективності спалювання ДА, ДП та флотоконцентрату з утилізацією золового залишку” (Київ, НТЦВЕ, грудень 1998 р).
Публікації. За темою дисертації надруковано 14 робіт, з яких: 6 статей у фахових наукових виданнях України, 1 - препринт, 4 - статті у науково-технічних збірках країн СНД, 2 - статті та тези доповіді у збірках міжнародних семінарів.
Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Їх загальний обсяг становить 187 сторінок, з яких 121 містить основний текст, 45 окремих сторінок - 27 малюнків та 17 таблиць, 12 сторінок - список використаних джерел з 120 найменуваннями та 9 сторінок - 6 додатків.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ
У вступі обґрунтована важливість та актуальність теми дисертації, сформульовано мету та задачі дослідження, визначено новизну та практичне значення роботи, наведена інформація про використання одержаних результатів, особистий внесок здобувача, апробацію результатів дисертації та публікації.
У першому розділі розглянуті особливості сучасного стану ТЕС України та їх ресурсної бази. Висвітлені негативні тенденції, що склалися у ПЕК за останні десятиріччя, сформульовані задачі, які потребують негайного вирішення. Показано, що Україна має значні балансові запаси енергетичного вугілля (32.3 млрд т), які здатні забезпечити потреби держави в енергоресурсах на 300-400 років. Незважаючи на це, видобуток енергетичного вугілля за останні десять років зменшився у 2.2 рази, погіршилась його якість за рахунок підвищення вмісту золи (Ad>35%). Використання високозольного вугілля призвело до необхідності збільшення витрат газу і мазуту на ТЕС для підтримки стабільного спалювання твердого палива (особливо ДА та ДП). Становище ускладнюється значним зношенням обладнання ТЕС, переважно блоків 200-300 МВте, які відпрацювали понад 25 років та потребують заміни або реконструкції, а також відсутністю систем очищення димових газів від шкідливих викидів.
Значні перспективи у подоланні зазначених проблем мають технології спалювання вугілля у КШТ (ККШТ, ЦКШТ та КШТ другого покоління). Їх переваги полягають у високих ККД ТЕС (близько 44%) як ПГУ на твердому паливі; можливості спалювання високозольного вугілля без використання природного газу та мазуту; малих розмірах енергоблоків, що суттєво розширює можливості на шляху реконструкції ТЕС у межах існуючих майданчиків; низьких викидах NOx, SO2 (менше 200 мг/нм3); високих коефіцієнтах тепловіддачі; широкому діапазоні регулювання потужності. На цей час зазначені технології мають різний рівень розробки та впровад-ження: ККШТ знаходиться на етапі промислової експлуатації та впровадження блоків потужністю 80-360 МВте; ЦКШТ - дослідної експлуатації та перевірки на блоках 50-80 МВте; КШТ другого покоління - перевірки на дослідних стендах 1-7 МВте.
Вивчення досвіду експлуатації промислових КШТ апаратів показує, що відпрацювання КШТ технологій в світі відбулося на високореакційному кам'яному вугіллі малої та середньої зольності (Ad<30%). Водночас інформація щодо закономірностей вигоряння високозольного твердого палива під тиском, яка необхідна для розробки та експлуатації КШТ-котлоагрегату на ТЕС України, вкрай обмежена. Насамперед відсутні дані про вплив збільшення тиску на кінетичні та динамічні характеристики вигоряння високозольних ДА, ДП, ДГ та ЛВГ, які складають переважну більшість у структурі твердого палива на ТЕС Мінпаливенерго України.
Враховуючи вищезазначене, було визначено мету та сформульовано задачі дослідження, які наведено у загальній частині дисертації.
У другому розділі описана експериментальна установка для досліджень кінетики взаємодії коксів з киснем повітря у КШТ (РСК-1-Д); наведено методику імпульсного експерименту, що дозволила визначити залежності швидкостей реагування від ступеня конверсії зразка, температури, тиску у зоні реакції; викладено результати експериментів з кінетики взаємодії коксів ДГ, ЛВГ, ДА та ДП з киснем повітря у діапазоні температур 360-10000С, тисків 0.1-2.0 МПа, розмірів частинок 0.1-1.6 мм, знайдені кінетичні характеристики взаємодії коксів ДА, ДП, ДГ, ЛВГ з киснем у КШТ та похибки вимірювання.
Лабораторна установка РСК-1-Д (рис. 1) створена для дослідження кінетики взаємодії коксів з газами-реагентами в КШТ в діапазоні зміни тиску 0.1-2.5 МПа та температури до 12500С. Характерною особливістю установки є дозуючий пристрій, який надає змогу вводити імпульс газу-реагенту у неперервний потік газу-інерту (Ar, He), величина якого визначається об'ємом каліброваної петлі. Під час проведення експериментів у зоні реакції підтримуються практично безградієнтні умови по температурі (Т<10K), концентрації газу-реагенту (менше 2% відносних) та тиску.
Головним елементом установки є прямоточний циліндричний реактор, який виготовлено з жаростійкої сталі та розташовано у вертикальній електропечі. Нижня частина реактора містить інертний матеріал для підігріву газу-реагенту, зверху матеріалу знаходиться розподільча гратка киплячого шару. До складу установки входить обладнання для вимірювання температур у зоні реакції (ХА-термопари), тиску та витрат газу. Концентрації газових компонентів (СO, CO2, O2) вимірюються газоаналізатором (ІК-газоаналізатор Ultramat 23, хроматограф CP2002).
Під час проведення експериментів на установці РСК-1-Д висушений і зважений зразок коксу вагою 0.1-2.5 г розташовували на гратці у холодній печі. Потім його продували Аr або Не при нагріванні печі зі швидкістю 8-10 К/хв до потрібної температури. Після стабілізації температури в реактор вводились імпульси повітря.
За час проходження імпульсу t відбувалась взаємодія кисню з вуглецем коксу, яка призводила до зменшення початкового вмісту вуглецю m0 зразка на величину m (m<<m0) завдяки конвертації його в СO та CO2. Склад останніх та їх витрата VAir+CO+CO2 вимірювались газоаналізатором та ротаметрами. Розрахунки швидкостей та ступеню конверсії зразка проводились за такими виразами:
(m / t)i = VAir+CO+CO2 MC ( [CO] + [CO2] ) / 22.4, (1)
Rm = (m / t)i / mi, m = t (m / t), (2)
mi = m0 - (m1+m2+…+mN-1), Xi=1 - (mi / m0), (3)
де (m / t)i - загальна швидкість вигоряння вуглецю коксу, кг/с; VAir+CO+CO2 - загальна витрата газу на виході з реактора, що виміряна за час виходу імпульсу, нм3/с; MC = 12 - молярна маса вуглецю, кг/кмоль. [CO], [CO2] - середні за час імпульсу концентрації СО та СO2, частки (об.); Rm - швидкість вигоряння вуглецю, яка віднесена до його поточної маси, кг/(кг с); mi, - поточна маса вуглецю зразка на початок і-го імпульсу (N - номер імпульсу, m1=m0), кг; m0 - початкова маса вуглецю, кг; m - втрата маси вуглецю, кг; t - тривалість імпульсу, с; Xi - ступінь конверсії.
При проведенні досліджень з кінетики та динаміки горіння у КШТ були обрані найбільш характерні зразки енергетичного вугілля України (d=0.1-1.6 мм) ДА (Ad=44.9-46.3%, Vd=3.9-4.2%), ДП (Ad=39.1-42.3%, Vd=10.1-10.4%), ДГ (Ad=44.2-48.1%, Vd=24.6-25.8%), ЛВГ (Ad=35.8-44.1%, Vd=23.4-24.5%).
Типові залежності швидкості взаємодії коксів ДГ з киснем повітря від ступеня конверсії зразка та тиску повітря (P=0.1, 0.8, 1.2, 1.6 МПа) в реакторі при температурі Tc=5500С наведено для частинок розміром d=0.1-0.2 мм на рис.2. У всіх випадках зростання тиску в реакторі призводило до збільшення швидкості вигоряння коксів. Порядок реакції, що спостерігається для квазістаціонарної ділянки кривих конверсії, складав близько n 0.8. В більшості випадків її межі лежали від Xmin=0.04-0.08 до Xmax=0.6-0.7 і характеризувались практично сталим значенням Rm.
Аналогічні експерименти було проведено і на коксах ЛВГ, ДП та ДА.
Наявність квазістаціонарних ділянок на кривих конверсії дозволила організувати експерименти з визначення впливу температури на Rm. Типові залежності Rm від 1/Т при взаємодії коксів ДГ (d = 0.1-0.2 мм) з киснем у діапазоні 430-9500С і різному тиску повітря наведено на рис.3. Видно, що зростання тиску призводить до збільшення Rm, що найбільш виразно спостерігається для області низьких температур (450-6500C). В області температур 650-9500C ця залежність менше виражена. Такі ж експерименти були проведені на коксах ЛВГ, ДП та ДА.
Аналіз експериментальних даних з кінетики взаємодії коксів ДГ, ЛВГ, ДП та ДА з киснем дозволив визначити та узагальнити наступні кінетичні закономірності.
1. Залежності швидкості вигоряння, віднесеної до поточної маси вуглецю коксів ДГ, ЛВГ, ДА та ДП, від ступеня конверсії мають квазістаціонарні ділянки, які лежать в області максимуму в межах X=0.04-0.7.
2. В діапазоні температур 360-8500С та тиску Р=0.1-2.0 МПа швидкість взаємодії коксів ДГ, ЛВГ, ДП та ДА характеризується експоненційною залежністю від температури. Для всіх коксів зазначеного вугілля для температур 360-6600С ця залежність добре апроксимується наближенням Арреніуса:
Rm = K0I exp(-E / R T) C0n = Ae K0II exp(-E / R T) C0n , (4)
де K0I - константа швидкості реакції, [1/c]/[кг/м3]n; Е - енергія активації, що спостерігається, Дж/моль; R = 8.314 газова стала, Дж/(моль К); Tp - температура частки, К; C0 - концентрація кисню в зоні реакції, кг/м3; n - порядок реакції, що спостерігається; - стехіометричний коефіцієнт (0.3750.75); Ae = 6/(a d) - питома площа частинки, м2/кг; a - уявна густина коксової частинки, кг/м3; d - діаметр частинки, м; K0II - хімічна константа швидкості [кг/(м2с)]/ [кг/м3]n.
Кінетичні константи та їх похибки для виразу (4), які були отримані за методом найменших квадратів, наведені у табл.1 і 2.
3. У діапазонах зміни розмірів частинок коксів d=0.1-1.6 мм, лінійних швидкостей газу-реагенту Ug=0.1-0.4 м/с, тиску P=0.1-2.0 МПа при взаємодії їх з киснем повітря знайдені наступні макрокінетичні області реагування:
- для коксів ДГ та ЛВГ у діапазоні температур Т=360-4200С - внутрішньокінетична область, в якій порядок реакції, що спостерігається по кисню n1; впливу зміни швидкості газу-реагенту та розміру частинок (від 0.1 до 1.6 мм) на Rm не відбувається; для Т=420-6500С - внутрішньодифузійна, у якій n0.8; Rm зменшується при збільшенні розміру частинок від 0.1 до 1.6 мм за степеневим законом з показником степені q=-0.22-0.23 і не залежить від швидкості газу-реагенту (рис. 4);
- для коксів ДА та ДП у діапазоні температур Т=370-4500С - внутрішньокінетична область з n1 та для Т=450-7500С внутрішньодифузійна з n0.8, в якій Rm зменшується за степеневим законом із збільшенням розміру частинок від 0.1 до 1.6 мм з показником степені q-0.5 для коксів ДП та q-0.9 для коксів ДА.
4. Для температур понад 800-8500С підвищення тиску не призводить до суттєвого збільшення Rm (n0.4). Цю область можна розглядати як проміжну від внутрі- до зовнішньодифузійної.
5. Збільшення ступеня метаморфізму від ДГ, ЛВГ до ДП, ДА призводить до зменшення реакційної здатності їх коксів, збільшенню енергії активації реагування з 113-114 кДж/моль (ДГ, ЛВГ) до 118 (ДП) і 121 кДж/моль (ДА).
Таблиця 1
|
Тип вугілля |
Кінетичні характеристики вигоряння (внутрішньодифузійна область реагування n=0.8) |
||||
|
K0I, [1/c]/[кг/м3 ]n |
K0II, [кг/(м2с)]/ [кг/м3 ]n |
E, кДж/моль |
E, кДж/моль |
||
|
ДГ |
2.52 105 |
2.00 104 |
113 |
1.8 |
|
|
ЛВГ |
2.65 105 |
2.17 104 |
114 |
1.7 |
|
|
ДП |
7.39 104 |
5.69 103 |
118 |
1.9 |
|
|
ДА |
4.86 104 |
3.87 103 |
121 |
1.6 |
Таблиця 2
|
Тип вугілля |
Кінетичні характеристики вигоряння (внутрішньокінетична область реагування n=1.0) |
||||
|
K0I, [1/c]/[кг/м3] |
K0II, м/с |
E, кДж/моль |
E, кДж/моль |
||
|
ДГ |
5.49 109 |
1.62 109 |
172 |
1.6 |
|
|
ЛВГ |
6.78 109 |
2.24 109 |
174 |
1.7 |
У третьому розділі наведено результати експериментальних досліджень по визначенню впливу тиску (0.1-2.0 МПа) на динаміку і час вигоряння частинок ДА, ДТ, ДП та ЛВГ розмірів 0.4-0.6 та 1.0-1.6 мм у реакторі КШТ, а також характер тепловиділення у зоні реакції; отримані динамічні криві виходу продуктів згоряння і зміни температури під час реагування, визначено ефективний час вигоряння паливних частинок в залежності від тиску та ступеня метаморфізму вугілля.
Експерименти з динаміки вигоряння у КШТ були проведені на лабораторній установці РСК-2-Д (рис.5), яка здатна працювати у діапазоні тисків 0.1-2.5 МПа та температурі до 12500С. Дослідний зразок вугільних частинок вводився у нагрітий до температур Т=750-800оС киплячий шар частинок золи такого ж розміру. Вміст вуглецю у зразках у порівняльних експериментах був однаковий. Вимірювальне обладнання забезпечувало автоматичний комп'ютерний запис (кожні 0.5-2 с) значень температури у зоні реакції як функції часу T=f(t) (динамічну криву вигоряння) та аналіз компонентного складу продуктів згоряння від часу [CO, CO2] = g(t).
Динамічні криві вигоряння дискретних зразків ДА розміром частинок 0.4-0.6 мм у кисні повітря під тиском P = 0.11, 0.55, 0.87, 1.65 МПа та відповідні їм криві виходу газових компонентів CO та CO2 представлено на рис.6. Видно, що ці криві мають виразну екстремальну ділянку, яка відповідає вигорянню коксового залишку. Після досягнення максимального значення температура у зоні реакції різко знижується та виходить на квазістаціонарний рівень. Підвищення тиску призводить до різкої зміни характеру тепловиділення у зоні реакції (зростанню максимальної температури та Rm). При цьому динамічні криві звужуються, що свідчить про зменшення часу вигоряння вугільних частинок. Аналогічним чином були отримані криві вигоряння частинок ДГ та ЛВГ (рис.7) і ДП. Характер динамічних кривих вигоряння частинок ДП подібно до ДА. Особливість динамічних кривих вигоряння ДГ полягає у наявності двох виразних екстремальних ділянок: перша з яких відповідає вигорянню летких (менш тривала у часі), друга - коксового залишку. Максимум температури першої ділянки поступово знижувався із підвищенням тиску. Особливість динамічних кривих вигоряння ЛВГ полягає у наявності додаткового піку між ділянками вигоряння летких та коксового залишку, який відповідав вигорянню смоляного коксу. Аналіз динамічних кривих зміни температури та газовиділення продуктів згоряння (CO, CO2) дозволив визначити ефективний час вигоряння вугільних частинок у КШТ. При цьому за час вигоряння частинок ДА та ДП покладено повний час вигоряння зразка, а для ДГ та ЛВГ час вигоряння коксозольного залишку. У більшості випадків цей час відповідає ступеню конверсії зразків X=0.86-0.92. Знайдений час вигоряння частинок узагальнено у вигляді емпіричних залежностей:
t eff = t0 ( P0 / P ) n (5)
де t eff - ефективний час вигоряння до ступеня конверсії X=0.9, с; t0 - час вигоряння частинок заданого розміру до Х=0.9 при атмосферному тиску; P0=101.3103, P - атмосферний тиск та тиск у зоні реакції відповідно, Па.
Емпіричні коефіцієнти для виразу (5) та оцінки їх точності дані в табл.3. Аналіз отриманих результатів з динаміки вигоряння ДА, ДП, ДГ та ЛВГ в КШТ дозволив визначити та узагальнити наступні закономірності:
1. Збільшення тиску інтенсифікує процес вигоряння вугільних частинок в КШТ за рахунок збільшення швидкості взаємодії вуглецю коксу з киснем повітря.
2. Динамічні криві вигоряння вугілля високої стадії метаморфізму (ДА, ДП) мають екстремальний характер, який майже повністю відповідає вигорянню коксового залишку: внесок летких до загального часу вигоряння вугільної частинки незначний та становить 6-8% для ДА та 8-12% для ДП від цього значення.
3. Динамічні криві вигоряння вугілля низької стадії метаморфізму (ДГ, ЛВГ) містять екстремальні ділянки, які відповідають вигорянню летких, смоляного коксу (для ЛВГ) та коксового залишку. Внесок летких до загального часу вигоряння помітний та складає - 15-22% для ДГ та 23-28% (з урахуванням смол) для ЛВГ. Вигоряння смол властиве тільки ЛВГ і збільшує на 4-8% час його вигоряння.
4. Час вигоряння коксозольного залишку частинок ДА, ДП, ДГ та ЛВГ при T=850-9500C і збільшенні тиску у 15-16 разів (з 0.11 до 1.65 МПа) зменшується у 2.5-2.6 рази та апроксимується степеневим виразом з показником n=0.35 (ДА, ДП) та n=0.3 (ДГ, ЛВГ). Збільшення тиску понад 1.2-1.4 МПа незначно (на 6-8%) зменшує повний час вигоряння вугільних частинок.
5. Зниження стадії метаморфізму від антрациту та пісного (ДА, ДП) до газового (ДГ, ЛВГ) призводить до зменшення у 3-4 рази повного часу їх вигоряння.
6. Підвищення тиску з 0.11 МПа до 1.65 МПа призводить до різкої зміни характеру тепловиділення у зоні реакції, що супроводжується збільшенням максимальної температури з 850-9000С до 950-11000С зміщенням температурних максимумів у сторону меншого часу вигоряння та звуженням їх піків.
Таблиця 3
Емпіричні коефіцієнти t0 та n для розрахунку ефективного часу вигоряння частинок ДА, ДТ, ДГ та ЛВГ в КШТ для виразу (5) (P=0.1-2.0 МПа,Т=820-9500С, X=0.86-0.92)
|
Тип вугілля |
Розмір частинок, мм |
||||||||
|
0.4-0.6 |
1.0-1.6 |
||||||||
|
t0, c |
teff, c |
n |
n |
t0, c |
teff, c |
n |
n |
||
|
ДА |
170 |
10 |
0.35 |
0.08 |
265 |
20 |
0.35 |
0.07 |
|
|
ДП |
93 |
12 |
0.35 |
0.10 |
148 |
18 |
0.35 |
0.09 |
|
|
ДГ |
57 |
4 |
0.3 |
0.06 |
80 |
6 |
0.3 |
0.06 |
|
|
ЛВГ |
48 |
5 |
0.3 |
0.11 |
68 |
5 |
0.3 |
0.10 |
Отримані дані з часу вигоряння рекомендується використовувати в інженерних розрахунках у якості граничних оцінок мінімально необхідного часу перебування у зоні реакції частинок ДГ, ЛВГ, ДПТ, ДА розмірів 0.4-1.6 мм при параметрах процесу Т=850-9500С, Р=0.1-2.0 МПа.
У четвертому розділі описано технологічну схему демонстраційної установки ЦКШ-1.0 для спалювання і газифікації в ЦКШТ потужністю 10 МВтт, яка розроблена в НТЦВЕ за участі автора і споруджується на території Центру; наведено методи відпрацювання режимів піроліз-спалювання та спалювання вугілля у ЦКШТ; здійснено порівняльний аналіз техніко-економічних показників роботи перспективних та існуючих енерготехнологій; розроблені рекомендації з впровадження КШТ-технологій в енергетику України в залежності від типу вугілля та потужності енергоблоків; наведена інформація з використання результатів досліджень здобувача.
Установка ЦКШ-1.0 (рис.8) створюється для відпрацювання технологічних режимів термічної переробки високозольного вугілля у ЦКШТ. Її розрахункова потужність в режимі піроліз-спалювання в ЦКШТ становить 300-600 кг/год. Головними елементами установки є циліндричний реактор, термоконтактний піролізер, камери згоряння піролізного газу та допалювання КЗЗ (нижня частина реактору), циклони першої та другої стадії, система рециркуляції КЗЗ та димових газів.
Особливості запропонованої технологічної схеми піроліз-спалювання у ЦКШТ полягають у наступному: наявність термоконтактного піролізеру на тракті повернення КЗЗ дозволить використовувати газоподібні продукти піролізу у камері згоряння ГТУ для підвищення температури на її вході та ККД циклу; економічність організації теплової схеми установки забезпечується використанням в піролізері тепла, яке відбирається від КЗЗ; схема не містить складних систем подачі КЗЗ від піролізеру до реактору ЦКШТ; існує можливість додаткового збільшення внутрішньої поверхні коксових частинок під час їх термічної обробки в піролізері. Для відпрацювання режимів піроліз-спалювання у ЦКШТ для ДА та ДП пропонується розміщення теплообмінників у зоні пневмотранспорту (температура КЗЗ, що повертається, понад 7000C); для ДГ та ЛВГ - на тракті рециркуляції КЗЗ у діапазоні температур 450-8500С. Час перебування паливних частинок в установці ЦКШ-1.0 розраховано на основі граничних оцінок їх швидкості та часу вигоряння, які наведено у дисертації та авторефераті. На основі результатів досліджень з кінетики та динаміки вигоряння високозольного енергетичного вугілля, а також на підставі аналізу матеріалів з КШТ технологій розроблено наступні рекомендації по їх використанню в енергетиці України.
1. Застосування технологій спалювання у КШТ (ККШТ, ЦКШТ, КШТ другого покоління) покращить техніко-економічні показники роботи ТЕС за рахунок підвищених (на 6-8%) ККД циклу; забезпечить можливість стабільного спалювання вугілля широкого діапазону властивостей (від лігнітів до антрацитів) без використання природного газу та мазуту, у тому числі високозольного з Ad <55%, а також відходів вуглезбагачення з Ad < 70%; дозволить знизити викиди оксидів азоту і сірки до рівней менше 200 мг/нм3 без будівництва систем сірко- та азотоочищення.
2. Впровадження КШТ технологій найбільш доцільно при реконструкції енергоблоків в межах їх майданчиків завдяки меншим габаритам нових блоків та можливості часткового використання наявного обладнання, що дозволить зменшити капітальні витрати на будівництво (до 600-800$ на 1 кВт встановленої потужності).
3. Технологію спалювання вугілля у ККШТ доцільно застосовувати у діапазоні потужностей 80-360 МВте. Переваги ККШТ у порівнянні із спалюванням при атмосферному тиску: високі термічні ККД циклу (42-44%); малі розміри блоків; низькі викиди SOx, NOx (менше 200 мг/нм3); високі коефіцієнти тепловіддачі; низькі капітальні витрати при реконструкції. Недоліки пов'язані з низьким рівнем температур на вході до газової турбіни (870-8900С); неможливістю застосування звичайних газових турбін у зв'язку з відсутністю високотемпературної очистки газів.
4. Спалювання у ККШТ високозольних (Ad<55%) ДГ, ЛВГ та довгополум'яного і бурого вугілля найбільш доцільно реалізувати за умов модифікації існуючої технології. Пропонується: здійснювати повернення уносу циклонів 1-го ступеню до КШ з метою збільшення випалу вуглецю в леткій золі; організувати двоступеневу подачу повітря - під гратку КШ, та у надшаровий простір; роздільне постачання у КШТ у сухому вигляді частинок вугілля та сорбенту. Використання ККШТ технології для спалювання ДА та ДП недоцільно у зв'язку з відсутністю повернення КЗЗ у топку та інтенсивної його циркуляції. Пропонується додержуватись наступних режимних параметрів: температура КШ - T=840-8700C; розмір частинок вугілля 0.3-5 мм і сорбенту 0.2-1 мм; Ca/S=1.6-2.0 для 90-95% зв'язування сірки.
5. Технології спалювання вугілля у ЦКШТ доцільно застосовувати у діапазоні потужностей 50-100 МВте. Переваги ЦКШТ над ККШТ: більш висока ступінь випалу вуглецю; розширений діапазон регулювання потужності (30-100%); ефективніше зв'язування сірки (понад 95%) при менших Ca / S = 1.6-1.8 та меншій витраті сорбенту; більш низький рівень викидів оксидів азоту (менше 150 мг/нм3); відсутність ємністі зберігання шару для регулювання потужності.
6. Застосування ЦКШТ-технологій “Pyroflow” та “Foster Wheeler” наїбільш доцільно для спалювання ДА та ДП. Застосування ЦКШТ-технологій “Circofluid” найбільш сприятливе для спалювання високореакційного кам'яного вугілля такого, як ДГ, ЛВГ, александрійське буре, але недоцільне для спалювання низькореакційного вугілля (ДА та ДП) із-за захолодження КЗЗ у тракті рециркуляції.
7. Технології КШТ другого покоління є найбільш перспективними, але знаходяться лише на стадії досліджень (1-7 МВте) і потребують подальшої розробки.
Порівняльний техніко-економічний аналіз показав перспективність впровадження ККШТ та ЦКШТ технологій в енергетику України, як при реконструкції, так і при новому будівництві. Так собівартість 1 кВт/год в центах США при новому будівництві за світовими цінами становить при впровадженні ЦКШТ - 3.68, ККШТ - 3.98, пиловугільної ТЕС з системами сірко - та азотоочистки - 4.14, ІГЦ - 4.35, ПГУ на газі - 3.90. Аналогічні тенденції зберігаються і при реконструкції діючих ТЕС з застосуванням вищеперерахованих технологій, при чому в даному випадку слід чекати зменшення собівартості 1 кВт/год на 30-40%.
ВИСНОВКИ
1. На підставі результатів експериментальних досліджень процесу вигоряння високозольного енергетичного вугілля у киплячому шарі під тиском визначені кінетичні константи та особливості конверсії його коксів з киснем, динамічні характеристики та час вигоряння вугільних частинок у широкому діапазоні зміни їх розмірів та тиску повітря, розроблені технологічні схеми процесів спалювання твердого палива у ККШТ та ЦКШТ, а також рекомендації з використання технологій КШТ для термічної переробки вугілля різного ступеня метаморфізму, що забезпечує вирішення актуальної науково-технічної задачі - розробку високоефективної екологічно чистої технології спалювання енергетичного вугілля України в КШТ.
2. Створені лабораторні установки для дослідження кінетики та динаміки вигоряння твердих палив у КШТ (РСК-1-Д, РСК-2-Д) у широких діапазонах зміни температур 350-12000С, тиску 0.1-2.5 МПа, розмірів частинок (d=0.05-3 мм), методики проведення кінетичних та динамічних експериментів на них, аналізу і статистичної обробки отриманих даних з урахуванням похибок вимірювань.
3. Визначені основні закономірності кінетики та динаміки вигоряння високозольного енергетичного вугілля України (ДА, ДП, ДГ та ЛВГ) у КШТ.
4. Визначено вплив тиску (P=0.1-2.0 МПа) та розмірів частинок (0.1-1.6 мм) на швидкість реагування коксів ДА, ДП, ДГ та ЛВГ з киснем повітря. Знайдено, що швидкість вигоряння частинок зростає із збільшенням тиску. Показано, що залежності швидкості вигоряння коксів ДА, ДП, ДГ та ЛВГ від ступеня конверсії мають квазістаціонарні ділянки, які знаходяться в області максимуму у межах X=0.04-0.7.
5. Знайдено, що в діапазоні температур 360-8500С та тиску Р=0.1-2.0 МПа швидкість взаємодії коксів ДГ, ЛВГ, ДП та ДА з киснем повітря характеризується експоненційною залежністю від температури.
Отримано кінетичні константи вигоряння коксових частинок (E, K0, K0I) для внутрішньокінетичної та внутрішньодифузійної областей реагування.
Показано, що збільшення ступеня метаморфізму вугілля від ДГ та ЛВГ до ДП і ДА призводить до зменшення реакційної здатності його коксів (у 4-10 разів) та збільшення енергії активації з 112-114 кДж/моль (ДГ, ЛВГ) до 118 кДж/моль (ДП) і 122 кДж/моль (ДА).
6. Знайдено, що швидкість реагування коксів ДГ, ЛВГ, ДП, ДА зростає із збільшенням тиску. Порядок реакції по кисню при тиску 0.1-2.0 МПа для коксів ДГ та ЛВГ (d=0.1-0.2 мм, d=0.4-0.6 мм) в області температур 360-4200С становить n1; а температур 420-6500С - n0.8 (Ug=0.1-0.4 м/с). Для коксів ДА та ДП (d=0.1-0.6 мм) в області температур 370-4500С - n1; а температур 460-7500С - n0.8 (Ug=0.1-0.4 м/с).
Для температур понад 8500С збільшення тиску не призводить до суттєвого збільшення швидкості вигоряння (n0.4). Зі збільшенням розміру частинок швидкість реагування коксів ДГ та ЛВГ зменшується у степені q=-0.22-0.23 (T=420-6500С), а коксів ДА і ДП - у степені q=-0.5-0.9 (T=460-7500С).
7. Отримані динамічні характеристики вигоряння частинок ДА, ДП, ДГ та ЛВГ у КШТ. Показано, що збільшення тиску з 0.11 МПа по 1.65 МПа інтенсифікує процес їх вигоряння та різко змінює тепловиділення в КШТ. Це призводить до збільшення температурних максимумів з 850-9000С до 950-11000С, їх звуженню та переміщенню в сторону меншого часу взаємодії коксів з киснем повітря.
8. Визначено час вигоряння частинок ДА, ДП, ДГ та ЛВГ в КШТ. Показано, що для Т=900-9500С він зменшується у 2.5 рази із збільшенням тиску в 15-16 разів за степеневим законом, при чому, порядок реагування, що спостерігається, складає 0.35 для ДА та ДП та 0.3 для ДГ і ЛВГ.
Знайдено, що зниження ступеня метаморфізму вугілля від антрацитів та пісних (ДА, ДП) до газових (ДГ, ЛВГ) призводить до зменшення у 3-3.5 рази часу вигоряння паливних часток (до X=0.9).
9. Розроблені рекомендації з впровадження технологій спалювання енергетичного вугілля України в КШТ та показана їх економічна доцільність при новому будівництві та реконструкції діючих енергоблоків ТЕС.
ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ
Топал А.И. Взаимодействие коксов энергетических углей с кислородом воздуха под давлением // Экотехнологии и ресурсосбережение. - 2000. - № 4. - С. 7-12.
Дудник А.Н., Майстренко А.Ю., Онищенко С.В., Топал А.И. Балансовые термодинамические расчеты процессов горения и газификации углей в ЦКС под давлением // Экотехнологии и ресурсосбережение. - 1999. - № 6. - С.19-293.
Майстренко А.Ю.,Топал А.И. Динамика выгорания частиц твердого топлива в кипящем слое под давлением // Экотехнологии и ресурсосбережение. - 2000. - №3. - С.12-16.
Корчевой Ю.П., Майстренко А.Ю., Дудник А.Н., Топал А.И. Разработка методов и установок для сжигания и газификации углей в кипящем слое под давлением // Промышленная теплотехника. - 1998. - №4. - Т. 20, С. 33-38.
Майстренко А.Ю., Дудник А.Н., Топал А.И. Сравнительный анализ технико-экономических показателей работы ТЭС, использующих чистые угольные энерготехнологии //Энергетика и электрификация. - 1997. - № 6. - С. 1-3.
Чернявский Н.В., Тальнова Г.Н., Гапонич Л.С., Дулиенко С.Г., Топал А.И. Динамика термоконтактного пиролиза газовых углей в различных технологиях термической переработки с применением псевдоожиженного слоя // Проблемы энергосбережения. - 1995. - № 4-6, C.110-117.
Вольчин И.А., Корчевой Ю.П., Майстренко А.Ю., Топал А.И., Яцкевич С.В. Сжигание твердого топлива в кипящем слое под давлением: Препр. / Минэнерго-НАН Украины. НТЦУЭ; - К.: 1997. - 84 с.
Топал А.И. Сжигание твердого топлива в КСД // Тез. докл. сем. “Разработка но-вых угольных технологий для нужд энергетики” - К: Знание. - 1994.- C.28-29.
АННОТАЦИЯ
Топал А.И. Кинетика и динамика выгорания высокозольных энергетических углей в кипящем слое под давлением. - Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.06. - техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика - Институт газа НАН Украины, Киев, 2000 г.
В первой главе рассмотрены особенности состояния тепловых электростанций (ТЭС) Украины и их сырьевой базы. Выявлены негативные тенденции, сложившиеся в топливно-энергетическом комплексе (ТЭК) за последние десятилетия, сформулированы задачи, требующие решения. Проанализированы направления развития экологически чистых энерготехнологий сжигания топлива в кипящем слое (КС). Оценена эффективность применения различных модификаций сжигания угля в КСД (циркулирующий КСД, классический КСД, КСД второго поколения) в случае их внедрения или адаптации на ТЭС Украины в зависимости от типа используемого угля и мощности энергоблока. Показана особая перспективность и необходимость развития технологий сжигания угля в КС под давлением при решении существующих проблем.
Во второй главе представлены результаты экспериментальных исследований по кинетике взаимодействия коксов энергетических углей Украины с кислородом воздуха под давлением от 0.1 до 2.0 МПа в диапазоне температур 360-10000С для частиц размером 0.1-1.6 мм. Описана лабораторная установка РСК-1-Д по изучению кинетики выгорания. Приведена методика импульсного эксперимента, позволяющая определять зависимости удельных скоростей реагирования от степени конверсии образца и температуры для различных давлений в реакционной зоне. Определены границы макрокинетических областей реагирования, а также кинетические характеристики выгорания коксовых частиц. Результаты экспериментов обобщены в виде эмпирических зависимостей.
В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований, проведенные на установке РСК-2-Д, по определению влияния давления (0.1-2.0 МПа) на динамику, время выгорания угольных частиц (d=0.4-1.6 мм), а также характер тепловыделения в реакционной зоне. Получены динамические кривые выхода продуктов сгорания и изменения температуры по ходу реагирования. Для основных видов энергетических углей Украины определены эффективные времена выгорания, которые обобщены в виде эмпирических зависимостей. Проведен сравнительный анализ теоретических и опытных данных по расчету времен выгорания.
В четвертой главе описана технологическая схема демонстрационной установки ЦКС-1.0, предназначенной для сжигания и газификации углей в ЦКСД. Приведены методы отработки режимов сжигания угля в ЦКСД и пиролиз-сжигание в ЦКСД. Осуществлен сравнительный анализ технико-экономических показателей работы перспективных и существующих технологий (пылеугольное сжигание, ЦКСД, ПКСД, ПГУ на газе, интегрированный газификационный цикл). Разработаны рекомендации по использованию и внедрению технологий сжигания угля в КСД в энергетику Украины в зависимости от типа угля и мощности энергоблока. Приведена информация по использованию результатов исследований соискателя.
Ключевые слова: высокозольный уголь, сжигание, кипящий слой под давлением, котлоагрегат, кинетика, динамика, энергетика.
АНОТАЦІЯ
Топал О.І. Кінетика та динаміка вигоряння високозольного енергетичного вугілля у киплячому шарі під тиском. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.06. - технічна теплофізика та промислова теплоенергетика - Інститут газу НАН України, Київ, 2000 р.
Дисертація має на меті знаходження закономірностей кінетики та динаміки вигоряння високозольного вугілля та його коксів у киплячому шарі під тиском (КШТ). Під час виконання роботи були створені лабораторні установки для дослідження кінетики та динаміки взаємодії паливних частинок з киснем повітря у КШТ. Розроблено методику імпульсного експерименту, яка дозволила визначити залежності швидкості реагування від ступеню конверсії та температури при різних значеннях тиску у зоні реакції. Для температур 360-10000С, тиску 0.1-2.0 МПа, частинок 0.1-1.6 мм отримані кінетичні та динамічні характеристики взаємодії вугілля та коксів ДГ, ЛВГ, ДА та ДП з киснем повітря. Одержані емпіричні залежності часу вигоряння частинок зазначеного вугілля в КШТ. Наведено технологічну схему установки ЦКШ-1.0 та методи відпрацювання режимів піроліз-спалювання у ЦКШТ. Здійснено порівняльний аналіз техніко-економічних показників роботи перспективних та існуючих технологій. Розроблені рекомендації з використання технологій спалювання вугілля у КШТ в енергетику України в залежності від типу вугілля та потужності енергоблоку.
Ключові слова: високозольне вугілля, спалювання, киплячий шар під тиском, котлоагрегат, кінетика, динаміка, енергетика.
ABSTRACT
Topal O.I. Kinetics and dynamics of combustion of high ash coals in a pressurized fluidized bed. - Manuscript.
Thesis for a candidate's degree; specialization 05.14.06 - Technical thermophysics and industry heat power engineering. - Institute of Gas of National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2000.
The aim of the thesis is to determine features of combustion kinetics and dynamics for high ash coals and cokes in a pressurized fluidized bed (PFB). During the execution of work the laboratory facilities for the investigation of kinetics and dynamics of interaction between fuel particles and air oxygen in PFB were designed. The pulse test technique that allowed to find reaction rates as a function of conversion and temperature at various pressures were developed. For temperature of 360-10000C, pressure of 0.1-2.0 MPa, particle size of 0.1-1.6 mm both kinetic and dynamic characteristics of interaction between DA, DT, DG, LVG coals and its cokes and air oxygen were determined. Empirical correlation for burn-out time of the above coal particles in a PFB was obtained. Both technological scheme of CKS-1.0 facility and methods which allows to develop operating modes pyrolysis-combustion in circulating PFB were provided. The comparison of technical and economic parameters for modern and existing technologies were prepared. The recommendations on the use of coal combustion in PFB into the energy sector of Ukraine in accordance with coal type and boiler capacity were developed.
Key words: high ash coal, combustion, pressurized fluidized bed, boiler, kinetics, dynamics, energy.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Вивчення методів вирощування кремнієвих і вуглецевих нанодротів за допомогою шаблонів, інжекції під тиском, нанесення електрохімічного та з парової фази. Розгляд кінетики формування нанодроту в процесі вакуумної конденсації металів на поверхню кристала.
курсовая работа [7,1 M], добавлен 12.04.2010Загальна характеристика основних видів альтернативних джерел енергії. Аналіз можливостей та перспектив використання сонячної енергії як енергетичного ресурсу. Особливості практичного використання "червоного вугілля" або ж енергії внутрішнього тепла Землі.
доклад [13,2 K], добавлен 08.12.2010Вивчення законів, на яких ґрунтується молекулярна динаміка. Аналіз властивостей та закономірностей системи багатьох частинок. Огляд основних понять кінетичної теорії рідин. Розрахунок сумарної кінетичної енергії та температури для макроскопічної системи.
реферат [122,5 K], добавлен 27.05.2013Взаємодія заряджених частинок з твердим тілом, пружні зіткнення. Види резерфордівського зворотнього розсіювання. Автоматизація вимірювання температури підкладки. Взаємодія атомних частинок з кристалами. Проведення структурних досліджень плівок.
дипломная работа [2,5 M], добавлен 21.05.2015Складання моделі технічних об’єктів в пакеті Simulink, виконання дослідження динаміки об’єктів. Моделювання динаміки змінення струму якісної обмотки та швидкості обертання якоря електричного двигуна постійного струму. Електрична рівновага моделі.
лабораторная работа [592,7 K], добавлен 06.11.2014Закони динаміки. Перший закон Ньютона. Інерціальні системи відліку. Маса та імпульс. Поняття сили. Другий і третій закони Ньютона. Зміна імпульсу тiла. Закон збереження імпульсу. Реактивний рух. Рух тiла зі змінною масою. Принцип відносності Галілея.
лекция [443,3 K], добавлен 21.09.2008Види класифікації елементарних частинок, їх поділ за статистичним розподілом Фермі-Дірака та Бозе-Ейнштейна. Види елементарних взаємодій та їх характеристика. Методи дослідження характеристик елементарних частинок. Особливості використання прискорювачів.
курсовая работа [603,0 K], добавлен 11.12.2014Розробка наукових та інженерних теорій і методик для ефективного енергозбереження в житлових будинках та спорудах. Аналіз результатів натурних, експериментальних досліджень, створення основ для розвитку енергозберігаючих технологій в будівельній галузі.
статья [142,0 K], добавлен 08.02.2012Відкриття нових мікроскопічних частинок матерії. Основні властивості елементарних частинок. Класи взаємодій. Характеристики елементарних частинок. Елементарні частинки і квантова теорія поля. Застосування елементарних частинок в практичній фізиці.
реферат [31,1 K], добавлен 21.09.2008Експериментальна перевірка законів кінематики й динаміки поступального руху. Головне призначення та функції машини Атвуда. Виведення формули для шляху при довільному русі. Визначення натягу нитки при рівноприскореному русі. Розрахунки маси і ваги тіла.
лабораторная работа [71,6 K], добавлен 29.09.2011Зв'язок важких заряджених частинок з речовиною. До важких частинок відносяться частинки, маси яких у сотні разів більші за масу електрона. Вільний пробіг важких заряджених частинок у речовині. Взаємодія електронів, нейтронів з речовиною. Кулонівська сила.
реферат [51,0 K], добавлен 12.04.2009Теорія вихрових рухів та закономірності динаміки точкових вихорів на необмеженій площині в ідеальній нев’язкій рідині. Вплив кількості точкових вихорів однакової інтенсивності на розташування і стійкість стаціонарних та рівномірно-обертових конфігурацій.
автореферат [50,5 K], добавлен 16.06.2009Правило фаз. Однокомпонентні системи. Крива тиску насиченої водяної пари. Діаграма для визначення тиску пари різних речовин у залежності від температури. Двохкомпонентні системи. Залежність між тиском і температурою водяної пари та пари різних речовин.
реферат [1,6 M], добавлен 19.09.2008Генеруючи потужності України, зруйновані під час бойових дій. Стан порушених ТЕЦ. Розподіл операційної потужності об’єктів електрогенерації. Вартість газу, нафти, вугілля та електроенергії за останній час. Контекст та цілі плану відновлення України.
презентация [3,5 M], добавлен 15.12.2022Система броунівських частинок зі склеюванням. Еволюція важкої частинки в системі броунівських частинок зі склеюванням. Асимптотичні властивості важкої частинки. Асимптотичні властивості випадкового процесу. Модель взаємодіючих частинок на прямій.
дипломная работа [606,9 K], добавлен 24.08.2014Теплові процеси в елементах енергетичного обладнання. Задача моделювання теплових процесів в елементах енергетичного обладнання в спряженій постановці. Математична модель для розв’язання задач теплообміну стосовно елементів енергетичного обладнання.
автореферат [60,0 K], добавлен 13.04.2009Характеристика робочого процесу в гідравлічній п'яті ротора багатоступеневого відцентрового насоса. Теоретичний математичний опис, з подальшим створенням математичної моделі розрахунку динамічних характеристик з можливістю зміни вхідних параметрів.
дипломная работа [2,3 M], добавлен 03.05.2014Визначення поняття сцинтиляційного спектрометра як приладу для реєстрації і спектрометрії частинок. Основні методи спостереження та вивчення зіткнень і взаємних перетворень ядер і елементарних частинок. Принцип дії лічильника Гейгера та камери Вільсона.
презентация [975,1 K], добавлен 17.03.2012Квантова механіка описує закони руху частинок у мікросвіті, тобто рух частинок малої маси (або електронів атома) у малих ділянках простору і необхідна для розуміння хімічних і біологічних процесів, а значить для розуміння того, як ми улаштовані.
реферат [162,5 K], добавлен 22.03.2009Шляхи становлення сучасної фізичної картини світу та мікросвіту. Єдині теорії фундаментальних взаємодій. Фізичні закони збереження високих енергій. Основи кваліфікації суб’ядерних частинок; кварковий рівень матерії. Зв’язок фізики частинок і космології.
курсовая работа [936,1 K], добавлен 06.05.2014
