Разработка методики расчета характеристик течения потока топливной газовзвеси на адиабатическом разгонном и основном участках трубчатого реактора. Оптимизация конструктивных и режимных характеристик реакторов-пирогазификаторов и закалочных устройств.
Аннотация к работе
ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Работа выполнена в ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» Защита состоится «29 » января 2009 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.07 при ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» по адресу: 410054, г. С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет».По имеющимся оценкам, геологические запасы нефти и газа составляют лишь около 10% общих ресурсов органического топлива в мире, а на долю угля, сланцев и торфа приходится примерно 90%. В настоящее время комплексное использование твердого топлива рассматривается по меньшей мере в трех аспектах: во-первых, использование не только теплового потенциала для получения энергии, но и содержащихся в топливе ресурсов для производства химических продуктов, строительных материалов и т.д.; во-вторых, максимально возможное и целесообразное на данном этапе развития техники использование теплоты сгорания топлива или продуктов его переработки; в-третьих, предельное снижение всякого рода выбросов (в том числе и тепловых), загрязняющих окружающую среду. Применяемые для осуществления этих процессов реакторные устройства с плотным и кипящим слоями частиц топлива несовершенны и не обеспечивают требования современной технологии пирогазификации. Научную новизну диссертации составляют следующие результаты, выносимые на защиту: - новая установка для термической обработки горючих сланцев в проточных трубчатых реакторах типа «газовзвесь»; На защиту выносятся: схема установки для термической обработки горючих сланцев в пылевидном состоянии; математические модели теплогидравлических процессов в трубчатых реакторах-пирогазификаторах и закалочных трубчатых устройствах; эмпирические корреляции для основных характеристик термоокислительного пиролиза сернистых сланцев; методики расчета реакторных устройств; результаты расчетов; рекомендации по выбору конструктивных и режимных характеристик реакторных устройств.В первой главе «Использование горючих сланцев и установка для их термической обработки» на основании анализа опубликованных данных сформулированы основные современные мировые тенденции развития энергетики: изменение структуры топливно-энергетического баланса в сторону большего использования твердого топлива; наряду с централизованным производством энергоносителей (крупная станционная энергетика) активно развиваются системы распределенной генерации энергии (завод, поселок, жилой дом и т.д.); развитие газогенераторных технологий для ПГУ, ДВС, ГТУ, ТЭ, экологически чистых и с конкурентоспособными показателями. Высокая интенсивность теплообмена газовзвеси со стенкой способствует передаче тепла в количестве, необходимом для покрытия тепловых эффектов сильно эндотермических химических превращений в потоке. Показано, что в горизонтальных трубах высокая степень симметричности профилей истинной концентрации частиц и скоростей фаз потока обеспечивается при среднерасходной скорости газа топливный газовзвесь реактор , (4) где слагаемые в правой части обусловлены затратами энергии на преодоление сил вязкого трения газа - Dp, ударным взаимодействием твердых частиц со стенкой трубы - DРП,Т, разгоном частиц на начальном участке потока - DPP, ускорением газа - Dpy и частиц - Dpy,Т при течении с теплообменом. ,(6) где Nu - число Нуссельта чистого газа без частиц определено, как и NUП газовзвеси, при температуре ТСТ стенки, а коэффициент теплообмена отнесен к начальной разности температур Dt0 = TCT - t0; CP и СТ - теплоемкость газа и частиц; х - длина теплообменного участка; Re - число Рейнольдса газа при TCT.Показано, что требования современных технологий пирогазификации твердого топлива наиболее успешно можно реализовать при использовании проточных трубчатых реакторов типа «газовзвесь», главным преимуществом которых является возможность подвода большого количества тепла от внешнего источника через стенку в реакционную зону. Проведен анализ имеющихся опытных данных по теплообмену потока газовзвеси с химически инертными и разлагающимися частицами твердой фазы в трубе, на основании которого получено обобщенное уравнение подобия теплообмена. Дополнена и уточнена физико-математическая модель теплообмена потока газовзвеси, на основе которой разработан алгоритм численного расчета с широкими возможностями по учету влияющих факторов в условиях термохимических превращений твердой и газовой фаз потока. Разработан алгоритм комплексного расчета трубчатых реакторов для термоокислительного пиролиза сернистых сланцев, который включает в себя в качестве составных частей предложенные в работе методики расчета гидравлических и теплообменных характеристик потока газовзвеси, а также полученные автором на основании известных опытных данных корреляции для технологических и энергетических параметров процесса пиролиза сланцев.