Регистрация / Вход
Прислать материал

14.613.21.0005

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.613.21.0005
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук
Название доклада
Разработка и исследование технологии газификации, воспламенения и сжигания твердых топлив, подвергнутых механохимической и плазменной активации
Докладчик
Бутаков Евгений Борисович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цель – исследование и разработка новых технологий газификации, воспламенения и сжигания углей с использованием укрупненных тепловых стендов, в т.ч.:
– разработка и испытание новых систем и технологий газификации, воспламенения и сжигания механоактивированных углей микропомола с плазменным управлением процессом газификации;
- разработка энергетически эффективной и экологически чистой технологии получения нового материала – высокопотенциального газа-восстановителя (синтез-газа) плазменной газификацией некоксующихся углей.
Задачи исследования
- подготовка и проведение измерений параметров и аэродинамической структуры газовых и пылеугольных факелов на лабораторных горелочных устройствах мощностью порядка 50 кВт;
- реконструкция стендов на 100 кг/час и 1000 кг/час угля для испытаний воздушной и паровоздушной газификации механоактивированных углей микропомола , в т.ч. с системой плазменного старта;
- разработка методик, проведение экспериментальных и расчетных исследований, анализ полученных результатов по воспламенению, сжиганию, воздушной и паровоздушной газификации угля, в т.ч. с использованием плазменного старта;
- выдача рекомендаций по созданию систем и устройств воздушной и паровоздушной газификации углей механоактивированных углей микропомола;
- модернизация экспериментального стенда и создание установки для экспериментального исследования плазменной газификации некоксующихся углей;
- выполнение экспериментальных исследований и термодинамического анализа плазменной газификации пылеугольного топлива;
- выдача рекомендаций по получению высокопотенциального синтез-газа при плазменной газификации некоксующихся углей.

Актуальность и новизна исследования
Уголь – основное по объему ресурсов энергетическое топливо, поэтому его эффективное использование является актуальным как с экономической, так и с экологической точек зрения. Далее, проблема истощения запасов коксующихся углей и все большего вовлечения в топливный баланс некоксующихся низкосортных энергетических углей требует разработки новых технологий топливоспользования, позволяющих заместить дорогой и дефицитный металлургический кокс высокопотенциальными восстановителями (синтез-газом), получаемыми из низкосортных углей. Среди методов переработки углей значительное развитие получили процессы его полной или частичной газификации. При газификации углей термохимические превращения могут охватывать не только органическую, но и минеральную их часть, в результате чего целевые продукты получают как из органической, так и из зольной массы углей. Поскольку проблемы эффективного использования угля как энергетического топлива в традиционных теплоэнергетических технологиях и в процессах газификации для парогазовых установок и получения синтез-газа для газификации производств и населенных пунктов представляют несомненный интерес, актуальность рассматриваемой задачи и исследований актуальна.
Научная новизна состоит в объединении в одной технологии механохимической и плазмохимической активации в процессах горения и газификации углей, что происходит за счет механоактивированного микропомола угля и образования при высоких плазменных температурах атомарного кислорода.
Механоактивационное измельчение углей повышает их химическую активность , а дополнительное плазменное воспламенение пылеугольного факела приводит к снижению энергозатрат.
Технология развивается впервые.
Описание исследования

1) Исследуются  процессы   повышения интенсивности процессов воспламенения,  горения и газификации угольной пылевзвеси  за счет повышения химической активности самого угольного топлива при его  механическом измельчении в высоконапряженных мельничных устройствах, а также  с плазменным управлением процессами, т.е. совместное использование механоактивационной и плазменной активации в процессах газификации углей.

Для изучения исследуемых процессов используется   лабораторный стенд тепловой мощностью до 40-70кВт, модернизированные тепловые стенды 1МВт и 5 МВт, используются математические модели и сравниваются с экспериментами.

Разработаны программы и методики исследований для:

- проведения измерений параметров и аэродинамической структуры газовых и пылеугольных факелов  и  испытаний на лабораторном стенде тепловой мощностью до 40 - 70 кВт горелочного устройства,

- расчета процессов термохимических превращений топлива при газификации топлива при механохимической и плазменной активации с учетом гидродинамики и тепло-массообмена, расчета нестационарных процессов воспламенения, горения и газификации пылевзвеси углей в системах 2-х ступенчатого сжигания топлива,

- испытаний электродугового плазмотрона мощностью 30-100 кВт для розжига пылеугольного потока,

- испытаний парогенератора на производительность до 50-100 кг/час пара для схемы паровоздушной газификации углей механоактивированного микропомола на стендах производительностью по углю до 1000 кг/час,

- испытаний по выбору оптимального соотношения мощностей стартового устройства и тепловой мощности горелки при воспламенении пылевзвеси в процессе газификации,

- экспериментальных исследований по воспламенению, горению и газификации пылевзвеси углей 2-х ступеней помола (механоактивированного и после ШБМ) в горелочном устройстве производительностью до 100 кг/час с плазменным и ЗЗУ стартом,

-экспериментальных исследований по воздушной и паровоздушной газификации углей механоактивированного микропомола с плазменным управлением процесса.

2) Исследуются процессы  плазменной газификации некоксующихся углей с целью получения высокопотенциального газа-восстановителя.

Для изучения исследуемых процессов используется   модернизированный экспериментальный стенд плазменной газификации, используется универсальная программа термодинамических расчетов TERRA, проводятся экспериментальные исследования на стенде

 

Результаты исследования

Полученные результаты процессов воспламенения,  горения и газификации механоактивированного пылеугольного топлива на экспериментальной лабораторной установке тепловой мощностью до 40-70 кВт соответствуют гетерогенной теории протекания реакций окисления твердого топлива. При непрерывной подаче пара 5 кг/час и расходе первичного воздуха от 0.4 до 1.0 получен рост концентрации CO от 4.6 до 10.3 об. %, CH4 до 0.4 об. % и H2 от 2.4 до 7 об. %.

Проведенные экспериментальные исследования на стендах тепловой мощности ло 1 и 5 МВт по воспламенению, горению и газификации пылевзвеси углей 2-х ступеней помола (механоактивированного и после ШБМ) в горелочном устройстве производительностью до 100 кг/час с плазменным и ЗЗУ стартом показали работоспособность системы для безмазутного розжига на каменных углях.

Эксперименты при одноступенчатом сжигании топлива по воздушной и паровоздушной газификации механоактивированного угля микропомола с плазменным управлением процесса при мощности плазмотрона 9,37 кВт показали, что при воздушной газификации получена концентрация  СО - 11% и H2 до 6%, при паровоздушной газификации концентрация СО – 15% и Н2 – 9%.

Показано удовлетворительное согласование расчетных с использованием комплексной математической модели и экспериментальных данных по газификации угольного топлива, измельченного в дезинтеграторе. Показано, что плазменная активация механоактивированного угольного топлива, приводит к улучшению состава генераторного газа на выходе.

Химический и рентгенофазовый анализы продуктов плазменной газификации Куучекинского угля показали, что степень газификации угля достигает 95.3%, при выходе синтез-газа 87.7%. Сопоставление экспериментальных и расчетных данных показало удовлетворительное согласие.

Практическая значимость исследования
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.
Объединение механохимической и плазмохимической активации при воспламенении, горении и газификации углей может привести к качественно новым процессам переработки углей, имеющих значительно более высокие технико-экономические показатели по сравнению с традиционными процессами.
Области применения планируемых результатов.
Результаты могут использоваться в:
- Областях науки и техники (теплофизические и плазмохимические процессы в энергетике),
- Отраслях промышленности и социальной сферы, в т.ч. в:
- «большой» и «малой» энергетике – для замещения дорогого и дефицитного газомазутного топлива дешевыми механо-плазмоактивированными углями при розжиге и подсветке на котлах промэнергетики,
- системах газификации углей для бытовых потребителей (локальных источниках 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 ПГУ (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 может составить порядка $80 - 120 на тонну кокса, замещаемого высокопотенциальным газом-восстановителем (CO+H2).)
Постер

Poster_template_EE.ppt