Анализ газификации твердого топлива

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анализ газификации твердого топлива

Анненков Р.А., Малюков А.С., Анненков Е.А.

Аннотация

В статье рассматривается газификация угля, которая является одним из самых чистых методов использования угля для производства синтез-газа, электроэнергии и других химических продуктов.

Ключевые слова: Газификация, топливо, пиролиз, окислитель, процесс.

Annotation

The article discusses coal gasification, which is one of the cleanest methods of using coal for the production of synthesis gas, electricity and other chemical products.

Key words: Gasification, fuel, pyrolysis, oxidizer, process.

Для работы тепловых двигателей, печей и котлов используются углеводороды в особенности их твёрдые виды: уголь, торф, древесина и т.д. Если твёрдое топливо нельзя сжигать напрямую из-за его особенности или из- за конструкции агрегата, где его энергия требуется для работы, тогда применяют газификацию, т. е. превращения топлива в горючий газ. Процесс газификации топлива близок процессу горения, но в отличие от классического процесса горения при количестве окислителя (кислорода) равному и более одной единицы необходимого для горения топлива, то газификация идет в условиях дефицита окислителя, при этом полного окисления топлива не происходит.

Газификация - это химический процесс, в результате которого органическая масса твердых или жидких горючих ископаемых, а также продуктов их термической переработки взаимодействует с различными газами, такими как воздух, кислород, водяной пар, диоксид углерода, водород или их смеси при высоких температурах. Этот процесс приводит к образованию горючих газов и твердого остатка, содержащего золу топлива и неиспользованные горючие вещества.

Газифицировать можно все виды природного и искусственного твердого топлива - дерево, солому, торф, бурые и каменные угли, антрацит, горючие сланцы, древесный уголь, полукокс и кокс. Таким образом, газификация представляет собой универсальный метод превращения любого топлива, в том числе и низкосортного в газообразное топливо.

На практике получить полное превращение органической массы угля в газ невозможно, и поэтому в шлаке остается часть горючей массы топлива. Таким образом, газификация представляет собой универсальный метод, который позволяет эффективно использовать различные виды топлива и получать газообразное топливо.

При подаче в газогенератор воздуха в окислительной зоне происходит реагирование углерода топлива с кислородом с одновременным образованием СО и СО2 по реакциям:

2С + 02 = 2С0 + 218,8 кДж/кг

С + 02 = С02 + 394,4 кДж/кг

Соотношение между количествами обоих оксидов углерода зависит от условий протекания процесса. Образующийся диоксид углерода в восстановительной зоне восстанавливается новыми порциями углерода в оксид углерода:

С02 + С = 2С0 - 175,6 кДж/кг

При избытке кислорода оксид углерода может окисляться до диоксида:

2СО + 02 = 2СО2 + 310,3 кДж/кг

Если вместе с воздухом в генератор подают водяной пар, то протекают следующие реакции: газификация электроэнергия атмосферный топливо

С + Н2О = СО +Н2- 132,57 кДж/кг

С + 2//2О = СО2 + 2Н2-89,5 кДж/кг

В этом случае образующийся газ содержит два горючих компонента: оксид углерода и водород.

В газовой фазе могут протекать и другие реакции. Так, возможна реакция между оксидом углерода и водяным паром:

СО + Н2О = СО2 + Н2 + 43,1 кДж/кг

При взаимодействии СО и Н2 может образоваться метан: СО + 3Н2 = СН4 + Н2О + 203,7 кДж/кг 2СО + 2Н2 = СН4 + СО2 + 252,5 кДж/кг, который в условиях рабочего процесса подвергается термическому распаду СН4=С + 2Н2-71,1 кДж/кг.

Различное сочетание всех этих реакций и определяет состав образующегося газа, который изменяется по высоте газогенератора. Вся установка газификации делится на 2 части: часть газогенератора, часть пиролиза топлива. А газогенераторная часть делится на окислительную (где происходят процессы окисления горючего топлива) и восстановительную зону (где газы, получаемые из топлива соединяются или между собой или с другими попавшими в эту зону газами). Из газогенератора выходят горячие газы при низкотемпературных 400^600 °С, среднетемпературных 600^900°С и высокотемпературных более 1000°С. Они нагревают уголь, который подвергается пиролизу в вышележащей зоне. Эту зону принято называть зоной пиролиза, или зоной полукоксования. Выходящие из этой зоны газы подогревают уголь в зоне сушки. Вместе эти две зоны образуют зону подготовки топлива. Таким образом, при газификации сочетаются термическая переработка топлива и собственно газификация полукокса или кокса, полученного в зоне подготовки топлива. Поэтому газ, отводимый из аппарата, содержит не только компоненты, образовавшиеся в процессе газификации, но и продукты пиролиза исходного твердого горючего ископаемого (газ пиролиза, пары смолы, водяной пар). При охлаждении отводимого из газогенератора газа происходит конденсация смолы и воды, которые далее необходимо очистить и подвергнуть переработке.

В этом процессе изменяется и состав твердой фазы. В зону газификации, как отмечалось выше, поступает уже не уголь, а кокс, а из окислительной зоны выводится шлак.

Из изложенного выше следует, что газификация представляет собой сложное сочетание гетерогенных и гомогенных процессов. Возможно и последовательное, и параллельное протекание этих реакций. Механизм этих процессов до сих пор еще до конца не выяснен. Так, если первой стадией взаимодействия кислорода и углерода в зоне горения считают образование поверхностного углерод-кислородного адсорбционного комплекса, то вопрос о том, что является первичным продуктом взаимодействия водяного пара с раскаленным коксом, является предметом дискуссий.

Таблица 1.

Таблица 2. Характеристики газификации на паровоздушном дутье при атмосферном давлении различных топлив [8].

Таблица 3. Характеристики газификации на парокислородном дутье

Использованные источники

1. Алешина А.С., Сергеев В.В. Газификация твердого топлива: учеб. пособие. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010. -- 202 с.

2. Гинзбург Д.М. Газификация топлива и генераторные установки. - М., 1938. - 386 с.

3. Химические вещества из угля /Под ред. Фальбе Ю.-М.:Химия,1980. -616 с.

4. Альтшулер В.С. Новые процессы газификации твердого топлива. М.: Недра, 1976. - 280 с.

5. Канторович Б.В. Введение в теорию горения и газификация твердого топлива. - М.: Металлургиздат, 1960. - 355 с.

6. Альков Н.Г., Наумов В.Н. Развитие газификации твердых топлив как эффективное решение современных проблем энергообепечения / Новые технологии сжигания твердого топлива: их текущее состояние и использование в будущем // Сборник докладов. -М.: ВТИ, 2001. -С.253261.

7. Сучков С.И. Разработка и исследование систем газификации / Новые технологии сжигания твердого топлива: их текущее состояние и использование в будущем // Сборник докладов. -М.: ВТИ, 2001. -С.240247.

8. Ольховский Г.Г., Тумановский А.Г., Толчинский Е.Н., Бычков А.М. Применение новых технологий при техническом перевооружении угольных ТЭС / Эффективное оборудование и новые технологии - в российскую тепловую энергетику: Сб. докладов Международной конференции 8-10 октября 2001 г. -М.: ВТИ, 2001. -С.89-102.

9. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод). М.: Энергия, 1973. 295 с.

Размещено на Allbest.ru