Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка метода интенсификации процесса газификации низкореакционного угля в восходящем струйно-вихревом потоке окислителя

Докладчик: Пряткина Вера Сергеевна

Должность: Аспирант кафеды "Тепловых электрических станций и теплотехники"

Цель проекта:
1.1 Создание научно-технического задела в области разработки способа газификации низкореакционного угля в восходящем струйно-вихревом потоке окислителя. 1.2 Повышение эффективности использования низкореакционного угля в процессах газификации в восходящем струйно-вихревом потоке окислителя.

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе выполнения ПНИ должны быть получены следующие научно-технические результаты:
1) Математическая модель процесса газификации угля.
2) Физическая модель камеры газификатора угля.
3) Программы и методика исследований на физической модели камеры газификатора угля с восходящим струйно-вихревым потоком окислителя.
4) Экспериментальная установка газификации низкореакционного угля в струйно-
вихревом газификаторе с восходящим потоком окислителя.
5) Программа и методика исследовательских испытаний установки газификации низкореакционного угля в струйно-вихревом газификаторе с восходящим потоком окислителя.
6) Лабораторный технологический регламент газификации низкореакционного угля в струйно-вихревом газификаторе с восходящим потоком окислителя.
7) Проект технического задания на проведение ОТР по теме: «Разработка технологии газификации низкореакционного угля в струйно-вихревом газификаторе с восходящим потоком окислителя для энергоустановок различной мощности».
Разработанные в ходе выполнения ПНИ технологические решения по интенсификации процесса газификации низкореакционного угля в восходящем струйно- вихревом потоке окислителя, должны быть направлены на повышение эффективности процесса газификации.
Разработанный метод газификации должен обеспечить:
1) возможность использования любой марки углей;
2) коэффициента использования топлива до 60 %;
3) удельную теплоту сгорания генераторного газа не менее 5,0 МДж/м3;
4) получение генераторного газа следующего состава: СО - 20…70 %; Н2 -1,5…60 %;СО2 - 5…30 %.
Разработанная экспериментальная установка должна быть предназначена для проведения исследований процесса газификации низкореакционного угля в струйно-вихревом газификаторе с восходящим потоком окислителя.
Температура в камере газификатора экспериментальной установки при проведении
исследований должна быть 700 - 1000 0С.
Давление в объеме газификатора экспериментальной установки при проведении исследований должно быть равно давлению окружающей среды, т.е. 0,1 МПа ± 0.001МПа.
Габариты экспериментальной установки - l × b × h = 2 × 1 × 2 м.
Значение температуры в камере газификатора при математическом моделировании
должно варьироваться в пределах t = 700 - 1000 °С.
Значение давления в реакционном объеме газификатора при математическом моделировании должно быть задано p = 0,1 МПа.
Физическая модель камеры газификатора угля с восходящим струйно-вихревым потоком окислителя, предназначенная для исследования скоростей потока угольных частиц и воздуха в условиях:
1) коэффициент избытка воздуха, a = 0,2 – 0,4;
2) время нахождения частицы угля в газификаторе τ = 2 – 4 с.;
3) производительность по исходному топливу 1 кг/час;
4) температура в камере газификатора, t = 20 – 30 °С;
5) давление в объеме камеры газификатора, p = 0,1 МПа ± 0,001МПа.
Для получения необходимой информации о сущности объекта исследования, а также выделения из общей массы данных, которые непосредственно относятся к рассматриваемому вопросу, предполагается использование теоретических методов анализа научно-технической документации и прогнозирование. При расчетно-аналитическом исследовании процессов газификации твердого топлива в среде окислителя, активированного нанокатализатором, и их математическом моделировании будут использованы численные методы решения дифференциальных уравнений. При проведении экспериментальных исследований будет использовано физическое моделирование изучаемых процессов газификации топлив. Физическое моделирование позволяет провести исследование процессов и систем, непосредственный анализ которых затруднен или невозможен. Экспериментальные исследования будут проводиться при различных условиях ведения процесса низкотемпературной газификации: на паровоздушном и парокислородном дутье; при атмосферном и повышенном давлениях. Газификация привлекает, прежде всего, тем, что она менее всего зависит от состава топлива. Как показывает опыт использования газификации, состав и содержание горючих исходного топлива практически не влияет на процесс газификации. Однако газификация зависит от организации процесса. Например, при парокислородной газификации теплота сгорания генераторного газа выше, чем при паровоздушной; в составе газа увеличивается содержание оксида углерода СО и водорода H2. С увеличением давления процесса газификации также возрастает теплота сгорания генераторного образующегося газа и такие составляющие его как СО и СН4, однако уменьшается содержание водорода Н2 и углекислого газа СО2.В генераторном газе на выходе из газификатора обычно содержатся смолы, которые осложняют дальнейшее использование газа и требуют специальной его очистки. Однако, как известно, при газификации антрацита таких смол не образуется.
Новизной данного проекта является создание нового метода газификации твердых топлив в восходящем струйно-вихревом потоке окислителя и
научно-технических решений по интенсификации процесса газификации.Метод отличается инновационной конструкцией газификатора и вводом окислителя, активированного нанокатализатором, в зону газификации топлива.
В результате данного исследования будет разработан новый метод газификации низкореакционного твердого топлива в восходящем струйно-
вихревом потоке окислителя, активированного нанокатализатором, и определены оптимальные параметры и режимы процесса газификации. В проекте будут заложены возможности разработки технологии получения генераторного газа заданного состава, с удалением загрязняющих примесей и других компонентов. Исследования, проведенные в ходе выполнения данного проекта, позволят оптимизировать режимы работы камеры газификации твердых низкореакционных топлив в восходящем струйно-вихревом потоке окислителя, активированного нанокатализатором, в том числе и при переменных режимах, для проектируемых и создаваемых энергоустановок нового типа.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Метод по газификации углей в струйно-вихревом газификаторе с восходящим потоком окислителя, активированного нанокатализатором, может
быть использован на уже существующих котельных установках. Установка предвключенного газификатора позволяет полностью или частично отказаться от дополнительного топлива (мазута или газа), подаваемого в топку для подсветки. В то время как сейчас на котлах вместе с основным топливом (твердым, низкореакционным) в горелки подается 7-10 % мазута или природного газа. Энерготехнологическая установка на основе данного метода позволит заменить природный газ более дешевым генераторным газом при переоборудовании газотурбинных установок.
Полученные в ходе выполнения проекта результаты можно использовать в масштабах энергетической отрасли. Кроме того, генераторный газ мо-
жет быть использован также на крупных предприятиях химической промышленности для получения синтез-газа, метана, аммония, жидких моторных топлив и других ценных химических продуктов и соединений.Внедрение предлагаемого метода газификации углей на угольных ТЭС
и в котельных позволит отказаться от использования дорогого «подсветочного» топлива (мазута и газа) при сжигании низкореакционных твердых топлив, обеспечить устойчивую работу котла в диапазоне изменения нагрузки от 50 до 100 %; повысить надежность работы котлоагрегата. Кроме того, возможность незначительной модернизации существующего оборудования ТЭС при внедрении метода с точки зрения капиталовложений выглядит более привлекательно и конкурентоспособно по сравнению с другими предлагаемыми технологиями сжигания топлив в котлах.Из-за нечувствительности к качеству исходного угля и наличию балластов (минеральных примесей и влаги) в нем предлагаемый метод найдет широкое применение на электростанциях и в котельных, работающих на низкосортных видах топлива. Кроме того, полученное газообразное топливо при сжигании выделяет значительно меньшее количество вредных веществ, нежели при прямом сжигании твёрдого топлива, что повысит экологическую и производственную безопасность современных пылеугольных ТЭС. Планируемый годовой экономический эффект, например, при использовании результатов на энергоблоке мощностью 300 МВт может составить около 60000 т.у.т.
Предлагаемый метод по газификации углей в струйно-вихревом газификаторе с восходящим потоком окислителя, активированного нанокатализатором, а также конструкцию газификатора предполагается запатентовать. Информация, полученная в результате патентного поиска, позволит проверить метод и изделие на патентную чистоту, конкурентоспособность, а также установить возможность получения патента на разрабатываемую конструкцию. Владение патентной информацией на начальных стадиях конструирования позволит вносить в разработки самые новые, прогрессивные достижения науки и техники. Согласно договору между Исполнителем (ЮРГПУ (НПИ)) и Индустриальным партнером Проекта (ООО «ТеплоПроект») о дальнейшем использовании результатов прикладных научных исследований стороны обязуются заключить лицензионный договор на полученные Исполнителем результаты интеллектуальной деятельности с целью последующей
их коммерциализации и продвижения на рынке научно-технической продукции.
Применение метода газификации низкосортных углей в струйно-вихревом газификаторе с восходящим потоком окислителя, активированного
нанокатализатором, должно привести к повышению эффективности работы энергоблока за счет:
1) надёжной работы камеры газификации твердых топлив в струй-
но-вихревом потоке в диапазоне нагрузок 70-100 %;
2) повышения коэффициента использования топлива энергоблока
до 60 %.
3) повышение кпд установки до 85%

Текущие результаты проекта:
1) Разработана математическая модель процесса газификации угля в программной среде Visual Studio 2012, которая позволяет исследовать кинетику процессов реагирования углерода с компонентами газовой смеси при газификации угольной пыли.
2) В соответствии с разработанной эскизной документацией изготовлена физическая модель камеры газификатора угля для исследования.
3)Разработана программа и методики испытаний физической модели камеры газификатора. Начаты исследования скоростей потока угольных частиц в камере физической модели газификатора угля с восходящим струйно-вихревым потоком окислителя.
4) Проведены патентные исследования, которые показали, что что в России, Китае, Белоруссии, США, Японии, Нидерландах, Корее, Испании, Южно-Африканской Республике, Германии, Исландии, Канаде и Финляндии активно ведутся фундаментальные исследования в данной области техники, и исследования соответствуют мировым тенденциям в разработке аналогичных объектов. Особое внимание уделено определению ведущих стран и организаций, выявлению конкурентов, анализу опыта и знаний сторонних организаций и фирм через их разработки, определено перспективное направление исследований по интенсификации процессов газификации низкореакционного твердого топлива для создания передовых технологических процессов, направленных на энерго- и ресурсосбережение, повышение производительности газогенераторов, увеличение степени конверсии углерорда, увеличение теплоты сгорания и повышение коэффициента полезного действия газификации.