Кінетика та динаміка вигоряння високозольного енергетичного вугілля у киплячому шарі під тиском - Автореферат

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 розвязанні 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. Крім того, інформація щодо характеру процесу вигоряння твердого палива під тиском, яка необхідна для розробки та експлуатації топочного пристрою КШТ-котлоагрегату, вкрай обмежена. У звязку 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 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;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. 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 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 n»1; 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 n»0.8; 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. для коксів ДА та ДП у діапазоні температур Т=370-4500С - внутрішньокінетична область з n»1 та для Т=450-7500С внутрішньодифузійна з n»0.8, 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. 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.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. 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. 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

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ