Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка и исследование технологии газификации, воспламенения и сжигания твердых топлив, подвергнутых механохимической и плазменной активации

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
уголь, микроуголь, механоактивация, автотермический процесс, газификация, воспламенение, горение, камера сгорания, плазменный реактор, плазмотрон, синтез-газ, энергетика газификации газ-восстановитель.

Цель проекта:
Реализуемый проект направлен на повышение энергоэффективности использования углей различной стадии метаморфизма Цели: -разработка новых систем газификации углей на основе использования механоактивированных углей микропомола с созданием опытных образцов воздушных и паровоздушных газификаторов с плазмохимическим стартом и управлением процессом газификации; - разработка энергетически эффективной и экологически чистой технологии получения высокопотенциального газа-восстановителя (синтез-газа) плазменной газификацией некоксующихся углей ультратонкого помола Основная задача проекта: -оъединение в одной технологии механохимической и плазмохимической активации процессов горения и газификации углей, позволяющей повысить энергоэффективность их использования Решаемые задачи: - реконструкция, монтаж и испытания крупномасштабных стендов до 1 и 5 МВт по горению и газификации углей микропомола с плазменным стартом и управлением процессом, одно – двухступенчатыми системами по дисперсному составу топлива, воздушным и паровоздушным процессами, -экспериментальные исследования по воздушной и паровоздушной газификации углей микропомола на укрупненных стендах производительностью до 1 т/час. -проведение численного анализа процессов одно – двухступенчатой воздушной и паровоздушной газификации углей различных стадий метаморфизма для условий стендов производительностью до 1 т/час угля с плазменным стартом и управлением процессом газификации -выдача рекомендаций по созданию систем и устройств воздушной и паровоздушной газификации углей микропомола -разработка плазменной технологии получения синтез-газа из некоксующихся углей

Основные планируемые результаты проекта:
Планируемые результаты, в т.ч. иностранного партнера:
Теоретические и расчетные исследования (численный анализ процессов воздушной и паровоздушной газификации углей микропомола при их плазменной и механохимической активации в горелочном устройстве, в том числе при 2-х ступенчатом сжигании, термодинамический анализ плазменной газификации смесей угля микропомола с окислителем (пар, воздух)
Подготовка экспериментальных установок (лабораторное горелочное устройства тепловой мощностью до 40-70 кВт, горелочное устройства на модернизированном стенде на производительность по углю до 1 000 кг/час, схема 2-х ступенчатого сжигания и газификации углей 2-х фракций помола, система плазменной газификации)
Разработанные программы, методики экспериментальных исследований и результаты исследований (электродугового плазмотрона мощностью 30-100 кВт для розжига пылеугольного потока, плазменной газификации некоксующихся углей, парогенератора на производительность до 50-100 кг/час пара, воздушной и паровоздушной газификации углей механоактивированного микропомола с плазменным управлением процесса, по воспламенению, горению и газификации пылевзвеси углей 2-х ступеней помола (механоактивированного и после ШБМ)

По результатам совместных работ ИТ СО РАН с зарубежным партнером (ТОО « НТО»Плазмотехника», Казахстан) будут подготовлены и обоснованы :
-Научно-технические рекомендации по созданию устройств по воздушной и паровоздушной газификации углей с механохимической и плазменной и активацией
- Научно-технические рекомендации по использованию полученных результатов в существующих системах газификации пылеугольной смеси в потоке, в т.ч. для ГТУ
- Научно-технические рекомендации по реализации газификации энергетических углей в металлургии и оптимизации процессов газификации некоксующихся углей ультратонкого помола с целью получения высокопотенциального газа-восстановителя

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Конечный продукт:
- разработанные и обоснованные научно-технические предложения по созданию устройств по воздушной и паровоздушной газификации углей с плазменной и механохимической активацией, в т.ч. для ГТУ,
- разработанные и обоснованные научно-технические предложения по плазменной газификации некоксующихся механоактивированных углей микропомола для получения высокопотенциального синтез-газа.

Научная новизна состоит в объединении в одной технологии механохимической и плазмохимической активации в процессах горения и газификации углей, что происходит в результате механоактивированного микропомола угля и образования при высоких плазменных температурах атомарного кислорода

Технология развивается впервые.

Пути и способы достижения заявленных результатов: модификация под задачи экспериментальных установок, расчетные и экспериментальные исследования. Ограничения - временной и финансовый фактор для более глубокого рассмотрения отдельных процессов технологии.




Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Области применения планируемых результатов.
Результаты могут использоваться в:
*областях науки и техники: теплофизические и плазмохимические процессы в энергетике.
*отраслях промышленности и социальной сферы:
- «Большая» и «малая» энергетика - замещение дорогого и дефицитного газомазутного/ топлива дешевыми механо-плазмоактивированными углями (вытеснение из топливных балансов угольных ТЭС дорогого и дефицитного газомазутного/дизельного топлива, использующегося при розжиге и подсветке на котлах промэнергетики)
- Системы газификации углей для бытовых потребителей (создание локальных источников газификации углей для населенных пунктов, не обеспеченных природным газом)
- ГТУ на твердом топливе для создания когенерационных систем электро-теплоснабжения (перспективно для регионов, удаленных от систем электро- газоснабжения, и имеющих местные запасы углей);
- ГТУ на твердом топливе, в т.ч. для ПГ(перспективно для угольных регионов).
-В металлургии путем использования получаемого из низкосортного угля высокопотенциального газа-восстановителя взамен металлургического кокса в процессе металлизации железорудных окатыше (реальный экономический эффект составит порядка $80 - 120 на тонну кокса, замещаемого высокопотенциальным газом-восстановителем (CO+H2).)

Планируемые результаты обогатят опыт подходов к проведению научных исследований специалистами России и Казахстана, позволят получить новые результаты по повышению энергоэффективного использования угля для энергетики и металлургии, обогатят материально-техническую инфраструктуру.


Текущие результаты проекта:
Институт теплофизики СО РАН:
1) Конструирование, изготовление и монтаж горелочного устройства на модернизированном стенде тепловой мощности до 5 МВт
2) Осуществлена реализация в программном коде математической модели и методики расчета сопряженных процессов гидродинамики, тепломассообмена и кинетики термохимических превращений топлива при газификации топлива при механохимической и плазменной активации (исходный язык – Fortran, среда разработки - Microsoft Visual Studio, компилятор – Intel composer, программный модуль работает в составе программы SigmaFlow).
3) Проведена верификация комплексной математической модели процессов гидродинамики, тепломассообмена и кинетики термохимических превращений топлива при газификации топлива на основе литературных данных (выбранная математическая модель термохимических превращений твердого органического топлива в потоке с учетом гидродинамики и тепломассообмена удовлетворительно описывает основные характеристики пылеугольного потока при горении и газификации).
4) Отлажены лабораторные горелочные устройства тепловой мощностью до 50-100 кВт и проводятся эксперименты по исследованию процессов смешения и горения с их использованием
5) Разработаны схемы, проведены модернизации стендов тепловой мощностью до 1 МВт и 5 МВт для исследования воздушной и паровоздушной газификации углей при двухступенчатом сжигании в горелочном устройстве углей механоактивационного измельчения (1-я ступень) и после ШБМ (2-я ступень). Осуществляется измерение температур и проводится газовый анализ концентраций потока специальными датчиками, расположенными по длине горелки-реактора.
6) Проведены наладочные эксперименты по воздушной газификации на стенде 5 МВт (производительность по углю до 1000 кг/час) на пылевзвеси механоактивированного угля микропомола (1-я ступень) , а также по схеме с подачей во 2-ю ступень реакционной камеры пылевзвеси угля после помола на ШБМ.
7)Разработан, спроектирован, изготовлен, запущен и испытывается поэтапно парогенератор на производительность 50-60 кг/час пара с температурой 200-250 град. С для системы паровоздушной газификации для стенда тепловой мощностью до 1 МВт. Проведены наладочные эксперименты.
8) Разработан и изготовлен дуговой плазмотрон мощностью 30-100 кВт для нагрева воздуха и водяного пара в процессе розжига пылеугольного потока на тепловом стенде мощностью 5 МВт
Иностранный партнер:
9) Термодинамический анализ процесса плазменной газификации смесей угля с окислителем (пар. воздух) с исПользованием универсальной программы термодинамических расчетов (TERRA)
10)Выполнен численный анализ с помощью кинетической математической модели движения, высокотемпературного нагрева и термохимических превращений пылеугольного топлива в потоке окислителя в цилиндрическом канале с внутренним плазменным источником, реализованной в виде компьютерной программы Plasma-Coal.
10)Проведена модернизация экспериментальной плазменной установки, которая позволила повысить ее технические характеристики и степень конверсии твердого топлива. Использование модернизированной экспериментальной установки позволяет свести материальный и тепловой балансы процесса плазменной газификации угля и на этой основе определить интегральные показатели процесса (среднемассовая температура, степень газификации угля, удельные энергозатраты, степень обессеривания угля).