Газификация твердого топлива позволяет повысить техническую и экологическую эффективность использования твердого топлива в энергетике. Обычно газогенераторы большой единичной мощности работают по принципу несущего потока: пылеугольное топливо увлекается дутьем и за время пребыва-ния в реакторе претерпевает стадии превращения в горючие газы. В работе исследуется одноступенча-тый процесс паровоздушной газификации угля с предварительным подогревом дутья. Для этого исполь-зуется математическая модель, включающая одномерные уравнения переноса и химических превраще-ний топлива и газовой смеси. С помощью расчетов определены основные характеристики процесса газификации и их зависимость от управляющих параметров: температуры подогрева воздуха, избытка окислителя и расхода пара. Здесь m V -масса летучих в частице, кг;0 V k -пред-экспоненциальный коэффициент, 1/с; E V -энергия активации стадии пиролиза, Дж/моль; R -универ-сальная газовая постоянная, Дж/(моль К). Летучие вещества в модели представляются механической смесью химических элементов, которые после вы-хода из частицы топлива распределяются по моле-кулярным формам по условиям химического рав-новесия.Скорость реагирования топлива с газообраз-ными окислителями записывается следующим образом:где m С -масса топлива, кг; k eff -эффективная константа скорости гетерогенной реакции, м/с; S -площадь поверхности топлива, м 2 ; C ox -кон-центрация окислителя, кг/м 3 . Эффективная константа скорости выражается через кинетические и массообменные коэффици-енты (в предположении, что кинетический поря-док реакции по окислителю равен единице) сле-дующим образом:Кинетическая константа скорости гетероген-ной реакции зависит от температуры по экспонен-циальному закону:Химическая кинетика реакций в газовой фазе не рассматривается: полагается, что выходящие в газовую фазу вещества переходят в состояние рав-новесия. Таким образом, химические превращения описываются с помощью термодинамической мо-дели с макрокинетическими ограничениями на скорость гетерогенных превращений [19, 20]. Та-кой подход применим для высокотемпературных процессов, в которых скорость газофазных про-цессов достаточно высока по сравнению со скоро-стью гетерофазных.
Исходные данные и результаты расчетовРассматривается трубчатый реактор с произ-водительностью по топливу 100 т/ч, рабочее дав-ление в реакторе 30 атм. Геометрические размеры реактора: длина реакционной зоны 15 м; внутрен-ний диаметр 3 м. Температура топлива, посту-пающего в реактор, составляет 27 °С; температура пара 323 °С; температура воздуха меняется от 100 до 1000 °С (с шагом в 100 °С). Расход пара меня-ется от 0 до 0,2 моль/моль углерода, избыток воз-духа -от 0,1 до 0,7 от стехиометрического (с ша-гом 0,05). В качестве топлива используется камен-ный уголь с характеристиками: W r = 2 %; A d = 15,38 %; V daf = 29,42 %; C daf = 85,45 %; H daf = 4,86 %; N daf = 2,0 %; S daf = 0,67 %. Индикаторами режимов выбраны следующие характеристики: химический КПД (доля теплоты сгорания твердого топлива, перешедшая в теплоту сгорания газа), максимальная и конечная те...