32
Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова Факультет фундаментальной физико-химической инженерии Институт проблем химической физики РАН Группа технологического горения Курсовая работа ФИЛЬТРАЦИОННОЕ ГОРЕНИЕ ВЫСОКОДИСПЕРСНОГО ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В РЕАКТОРЕ ПЛОТНОГО СЛОЯ Выполнила студентка 2 курса 201 группы Дурум Анастасия Артуровна Подпись________________ Научный руководитель Подлесный Дмитрий Николаевич Подпись________________

istina.msu.ru · Web viewКак видно из графика (рис. 8а) температура на выходе из реактора не превышала 200 С, таким

  • Upload
    others

  • View
    5

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: istina.msu.ru · Web viewКак видно из графика (рис. 8а) температура на выходе из реактора не превышала 200 С, таким

Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова

Факультет фундаментальной физико-химической инженерииИнститут проблем химической физики РАН

Группа технологического горения

Курсовая работаФИЛЬТРАЦИОННОЕ ГОРЕНИЕ

ВЫСОКОДИСПЕРСНОГО ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В РЕАКТОРЕ ПЛОТНОГО СЛОЯ

Выполниластудентка 2 курса 201 группыДурум Анастасия Артуровна

Подпись________________

Научный руководительПодлесный Дмитрий Николаевич

Подпись________________

Москва 2016 г.

Page 2: istina.msu.ru · Web viewКак видно из графика (рис. 8а) температура на выходе из реактора не превышала 200 С, таким

СодержаниеВведение.......................................................................................................................3

1. Обзор литературы.................................................................................................5

1.1. Основополагающие технологии газификации твердых топлив.................5

1.2. Пылеугольные топки......................................................................................8

2. Методика эксперимента.....................................................................................11

2.1. Определение фракционного состава используемого топлива..................11

2.2. Контролируемая подача мелкодисперсного материала в смеси с воздухом..................................................................................................................13

3. Обсуждение результатов....................................................................................17

Результаты по зажиганию смеси мелкодисперсного твердого топлива в потоке воздуха при фильтрации через инертную пористую засыпку...........................17

Выводы.......................................................................................................................23

Список литературы....................................................................................................24

PAGE \* MERGEFORMAT 24

Page 3: istina.msu.ru · Web viewКак видно из графика (рис. 8а) температура на выходе из реактора не превышала 200 С, таким

ВведениеНепрерывный рост цен на нефтяные топлива и природный газ, а также

периодически возникающие энергетические кризисы способствовали

проведению многочисленных исследований по поиску иных источников

энергии.

Одним из таких источников могут стать твердые топлива, например, угли.

Как показывают исследования, запасов нефти и газа значительно меньше, чем

угля, поэтому по прогнозам Министерства экономики уголь, запасы которого в

России составляют около 10 трлн.т, станет основным источником энергии.

Большой интерес представляет организация процесса газификации

конденсированных топлив со сверхадиабатическим разогревом, когда

направление распространения тепловой волны совпадает с направлением

фильтрующегося газа. Сверхадиабатический разогрев при фильтрационном

горении возникает в результате наличия источника тепла и теплообмена между

потоками твердых и газообразных веществ, движущихся навстречу друг другу,

в результате чего происходит рекуперация тепла из продуктов горения в зону

реакции. Эффект рекуперации тепла может существенно повысить температуру

в зоне горения, позволяя использовать в этом случае низкокалорийные топлива

либо осуществлять процессы с малым тепловым эффектом (малым

тепловыделением).

Преимуществами сверхадиабатического метода термической переработки

углеродсодержащих отходов по сравнению с существующими методами

являются высокий КПД процесса (до 95%), возможность значительного

снижения содержания вредных веществ в газообразных продуктах после

дожигания, возможность эффективной переработки некоторых видов отходов,

которые не могут быть утилизированы другими способами [1].

Газификаторы плотного слоя, работающие в режиме фильтрационного

горения со сверхадиабатическими разогревами, позволяют перерабатывать

высокозольные и высоковлажные виды топлива с высокой экологической

PAGE \* MERGEFORMAT 24

Page 4: istina.msu.ru · Web viewКак видно из графика (рис. 8а) температура на выходе из реактора не превышала 200 С, таким

чистотой и высоким КПД процесса [2]. Однако к недостаткам газификаторов

такого типа следует отнести их относительно низкую производительность.

Существует несколько способов увеличения производительности. Один из

способов – увеличение расхода окислителя, однако этот способ имеет

ограничение, связанное с нарушением плотного слоя шихты при больших

расходах окислителя (образование псевдоожиженного слоя) [3,4]. Другой

способ – увеличение поверхности реагирования топлива за счет уменьшения

размера его частиц [5-7]. Однако, газификация измельченного топлива в

газификаторе плотного слоя не представляется возможной, вследствие

высокого сопротивления такой засыпки, через которую практически

невозможно продуть воздух для газификации. Такое ограничение возможно

снять, если использовать частицы топлива меньше по размеру, чем

характерный размер пор используемой инертной засыпки. В этом случае

частицы топлива при выгорании будут свободно перемещаться в инертной

засыпке в потоке газообразного окислителя.

PAGE \* MERGEFORMAT 24

Page 5: istina.msu.ru · Web viewКак видно из графика (рис. 8а) температура на выходе из реактора не превышала 200 С, таким

1. Обзор литературы1.1. Основополагающие технологии газификации твердых топлив

В настоящее время в мире насчитывается десятки различных технологий

газификации твердых топлив. Если проанализировать конструктивные

особенности и принцип действия современных промышленных

газогенераторов, можно выделить пять основополагающих инженерных

решения.

1. Создание Фрицем Винклером (концерн BASF) в 1926 г. газогенератора с

кипящим слоем (КС). Эта технология послужила основой для современных

процессов HTW (Hoch-TemperaturWinkler) и KRW (Kellogg-Rust-Westinghouse)

и др. Отличительными особенностями газификаторов с КС являются высокие

скорости тепло- и массопереноса и хорошее перемешивание твердой фазы, что

обеспечивает высокие скорости реакции и близкую к постоянной температуру

слоя [8-10]. Частицы сырья должны быть более мелкими, чем при газификации

в плотном слое, то есть необходимо дополнительное измельчение. Реакторы с

КС – единственный вид газификаторов, работающих с изотермическим слоем

сырья. Производится генераторный газ (ГГ) с содержанием смол 5...10 г/нм3.

2. При газификации в циркулирующем кипящем слое (ЦКС) частицы,

унесенные из реактора потоком газа, отделяются от ГГ в циклоне и

возвращаются обратно в слой для увеличения степени конверсии углерода.

Проведенный ГГ в большинстве коммерческих приложений используется для

сжигания в котлах. Технология газификации топлива в КС и ЦКС может быть

реализована как при атмосферном, так и при высоком давлении. Установка,

работающая под давлением, является существенно более сложной и

дорогостоящей по сравнению с атмосферной газификацией. Преимущества

этой технологии проявляются при использовании в крупных

парогазотурбинных установках с внутрицикловой газификацией. В этом случае

не требуется дополнительного сжатия ГГ перед подачей в камеру сгорания

газовой турбины. Установка с двумя реакторами КС позволяет получить ГГ с

более высокой теплотворной способностью, чем в случае одного КС с

PAGE \* MERGEFORMAT 24

Page 6: istina.msu.ru · Web viewКак видно из графика (рис. 8а) температура на выходе из реактора не превышала 200 С, таким

воздушным дутьем. Первый реактор по своей функции близок к пиролизу.

Теплота привносится в него горячим песком, циркулирующим между двумя

ректорами. Смесь ГГ, углистого вещества, золы и песка из газификатора

поступает в циклон, где твердая фракция отделяется и попадает во второй

реактор с КС (камеру сгорания). Углистое вещество сгорает, а нагретый песок

возвращается в первый реактор. Произведенный генераторный газ имеет

высокую теплотворную способность, однако содержит много смол, поскольку

процесс конверсии сырья близок к пиролитическому.

3. Разработка фирмой "Лурги" в 1932 г. слоевого газогенератора (с

плотным/неподвижным слоем), работающего под давлением 3 МПа.

Использование повышенного давления для интенсификации процесса

газификации реализовано почти во всех современных промышленных

газогенераторах. По способу подвода окислителя основные технологии

газификации в плотном (неподвижном) слое можно разделить: с восходящим

(ВДГ), нисходящим (НДГ), поперечным (ПДГ) движением газа. Характерной

чертой реактора с НДГ является движение газа вниз через опускающийся

плотный слой сырья. Такая технология обеспечивает получение относительно

чистого генераторного газа с содержанием смол 50...500 мг/нм3. ГГ может

использоваться в газодизельных электростанциях небольшой мощности. В

газификаторах плотного слоя с ВДГ сырье, поступающее сверху вниз, сначала

просушивается ГГ, который движется вверх. Затем твердое сырье проходит

стадию пиролиза с образованием углистого вещества, которое продолжает

двигаться вниз и проходит стадию газификации. Парообразные продукты

пиролиза уносятся вверх горячим ГГ. Смолы, содержащиеся в этих продуктах,

конденсируются на холодном опускающемся сырье или уносятся из реактора

произведенным газом. Таким образом, концентрация смол в генераторном газе

увеличивается и может достигать 10...100 г/нм3. Ввиду значительного

содержания смол, без дополнительной очистки газ может только сжигаться в

котле, расположенном в непосредственной близости от установки.

Газификаторы с ПДГ в работе во многом сходны с газификаторами с НДГ.

PAGE \* MERGEFORMAT 24

Page 7: istina.msu.ru · Web viewКак видно из графика (рис. 8а) температура на выходе из реактора не превышала 200 С, таким

Воздух или смесь воздуха с паром подводятся в реактор через боковую стенку в

нижней части корпуса реактора. ГГ отводится из реактора с противоположной

стороны.

Примером такой технологии газификации может служить газификатор

Bioneer, разработанный в Финляндии компанией VTT в сотрудничестве с SME

Company [11, 12].

4. Разработка Генрихом Копперсом и Фридрихом Тотцеком в 1944-45 гг.

пылеугольного газогенератора с жидким шлакоудалением. При пылеугольной

газификации частицы сырья захватываются потоком окислителя (обычно

кислорода или пара). Образующаяся суспензия проходит по всей длине

ректора, где и происходит процесс газификации. При газификации в потоке ГГ

содержит мало смол. Первый промышленный аппарат этого типа был построен

в 1952 г. в Финляндии. Пылеугольный принцип газификации с жидким

шлакоудалением реализован в промышленных аппаратах Destec, Shell, Prenflo,

разработанных на основе газогенератора Копперса-Тотцека, в аппарате Texaco

и др. Удаление шлака в жидком виде реализовано в слоевом газогенераторе

BGL (BritishGas– Lurgy), разработанном на основе газогенератора Лурги.

5. Разработка фирмой Texaco в 1950-е годы газификаторов для переработки

тяжелых нефтяных остатков. Всего построено более 160 таких установок. В

1970-е годы была разработана модификация аппарата Texaco для газификации

водо-угольной суспензии. Принцип подачи угля в аппарат в виде водо-угольной

суспензии использован и в газогенераторе Destec.

Были попытки использовать и ряд других технических решений для

создания новых газогенераторов: использование внешнего теплоносителя, в

том числе тепла ядерного реактора; газификация в расплавах солей, железа,

шлака; двух- и трехступенчатая газификация; газификация в плазме;

каталитическая газификация. Среди других видов реакторов можно выделить

[13]:

PAGE \* MERGEFORMAT 24

Page 8: istina.msu.ru · Web viewКак видно из графика (рис. 8а) температура на выходе из реактора не превышала 200 С, таким

1. Реактор с движущимся слоем (горизонтальный слой, наклонный слой,

многокамерная печь, печь со шнеком): механическое перемещение слоя сырья.

Газификация в таком реакторе обычно является низкотемпературной.

2. Вращающаяся печь: в основном используются для переработки отходов

ввиду хорошего контакта газа и твердых частиц и хорошего перемешивания

сырья. Необходима тщательно продуманная конструкция для избегания уноса

твердых частиц.

3. Циклонные и вихревые реакторы: высокие скорости движения частиц

обеспечивают высокие скорости протекания реакций. Циклонные

газификаторы отличаются простотой конструкции. Однако они лишь недавно

стали применяться для конверсии биомассы, и технология еще не до конца

отработана.

1.2. Пылеугольные топки

В настоящее время одними из самых эффективных по

производительности газификаторов, являются пылеугольные топки,

классификация которых представлена на Рис.1.

Пылеугольные топки состоят из пылеугольных горелок и топочной

камеры. Пылеугольная горелка предназначена для организованного ввода

угольной пыли и воздуха в топочную камеру. В настоящее время применяются

два типа горелок: вихревые и прямоточные. В топках промышленных

парогенераторов и водогрейных котлов применяются как вихревые, так и

прямоточные горелки.

PAGE \* MERGEFORMAT 24

Page 9: istina.msu.ru · Web viewКак видно из графика (рис. 8а) температура на выходе из реактора не превышала 200 С, таким

Рис.1. Классификация пылеугольных топок

Вихревые горелки бывают:

горелки двухулиточные с улиточными завихрителями пылевоздушной смеси и

вторичного воздуха;

горелки улиточно-лопаточные с улиточным завихрителями пылевоздушной

смеси и аксиальным лопаточным завихрителями вторичного воздуха;

горелки прямоточно-улиточные с прямоточным каналом для пылевоздушной

смеси и рассекателем на выходе из него и улиточным завихрителем вторичного

воздуха.

Через вихревые горелки пылевоздушная смесь и вторичный воздух подаются в

топку в виде закрученных струй.

Прямоточные горелки бывают:

щелевые горелки с внешней подачей вторичного воздуха;

горелки с внешней подачей первичного воздуха;

горелки с чередующимся по высоте расположением нескольких каналов

первичного и вторичного воздуха.

PAGE \* MERGEFORMAT 24

Page 10: istina.msu.ru · Web viewКак видно из графика (рис. 8а) температура на выходе из реактора не превышала 200 С, таким

Из различных конструкций прямоточных горелок наиболее

распространены: открытая амбразура, амбразура с горизонтальным

рассекателем, эжекционная амбразура, горелка МЭИ (Московский

энергетический институт) с системой плоских параллельных струй.

Однако, не смотря на преимущества пылеугольных газификаторов

(высокая производительность), у них есть существенные недостатки – большой

унос зольного остатка, который приводит к зашлаковыванию технологического

оборудования, а также низкая энергетическая эффективность, вследствие

отвода горячего продукт газа, который в ряде случаев необходимо охлаждать.

Организация фильтрационного горения пылевидного топлива в слое

твердого инертного материала представляет большой интерес. В этом случае,

происходит эффективная рекуперация тепла от продуктов горения к исходным

реагентам, обеспечивая высокие энергетические характеристики процесса. А

образующий зольный остаток будет преимущественно осаждаться на

циркулирующем инертном материале, решая проблему зашлаковывания

технологического оборудования.

Целью настоящей работы является:

Увеличение производительности реактора-газификатора и отработка

методика подачи пылевидного топлива в реактор-газификатор

фильтрационного типа.

PAGE \* MERGEFORMAT 24

Page 11: istina.msu.ru · Web viewКак видно из графика (рис. 8а) температура на выходе из реактора не превышала 200 С, таким

2. Методика эксперимента2.1. Определение фракционного состава используемого топлива

Фракционный состав используемого топлива был определен при помощи

метода теневой фотографии.

Экспериментальная установка состоит из двойного импульсного лазера

«QuantelEverGreen», высокоскоростной камеры, рассеивателя лазерного луча и

синхронизатора (Рис. 2).

Рис.2. Экспериментальная установка.

1 – высокоскоростная камера; 2 – рассеиватель лазерного луча; 3 – двойной импульсный

лазер«QuantelEverGreen» .

Световой экран, соединенный с лазером светопроводящим кабелем,

устанавливается напротив высокоскоростной камеры. С помощью регулировки

объектива камеры настраивается нужное фокусное расстояние. Синхронизатор

позволяет проводить съемку одновременно со вспышкой лазера. Лазерный луч

создает яркое пятно на рассеивателе в момент снимка. В плоскости фокусного

расстояния распыляется облако угольной пыли. Происходит высокоскоростная

PAGE \* MERGEFORMAT 24

Page 12: istina.msu.ru · Web viewКак видно из графика (рис. 8а) температура на выходе из реактора не превышала 200 С, таким

съемка частиц (Рис. 3). Полученные результаты обрабатываются программой

«Actualflow».

Рис.3. Фотография облака пыли.

К исходному изображению применяется процедура высокочастотной

фильтрации с целью выделения границ образов зарегистрированных на

изображении объектов. Процедура высокочастотной фильтрации позволяет без

труда выделять границы образов зарегистрированных объектов.

После обработки серии фотографий эксперимента программно

вычисляется среднее процентное содержание различных фракций в облаке

пыли. Результаты обработки представлены на рисунке 4.

PAGE \* MERGEFORMAT 24

Page 13: istina.msu.ru · Web viewКак видно из графика (рис. 8а) температура на выходе из реактора не превышала 200 С, таким

Рис.4. Размеры частиц в облаке пыли.

2.2. Контролируемая подача мелкодисперсного материала в смеси с

воздухом.

Лабораторные исследования проводились в вертикальном шахтном

реакторе квазинепрерывного действия, диаметром 66 мм и длиной 400 мм.

Объем реактора был заполнен инертным материалом. В качестве инертного

материала использовался дробленый шамотный кирпич фракции 7 – 10 мм

(далее инерт), в качестве топлива – древесный уголь фракции <0,1 мм. Схема

установки представлена на рисунке 5.

Для измерения температуры использовались хромель-алюмелевые

термопары. Термопары располагались на расстоянии 65 мм друг от друга,

показания термопар через АЦП выводились на компьютер в реальном времени,

что позволяло контролировать положение фронта горения в одном положении

путем выгрузки инерта.

PAGE \* MERGEFORMAT 24

Page 14: istina.msu.ru · Web viewКак видно из графика (рис. 8а) температура на выходе из реактора не превышала 200 С, таким

Рис. 5. Схема экспериментальной установки квазинепрерывного действия.

1 – каналы для установки термопар, 2 – кварцевый реактор, 3 – бункер-накопитель инертного материала, 4 –

электропривод вращающегося колосника, 5 – штуцер для подачи газообразного окислителя, 6 – трубка для

подачи пылевоздушной смеси, 7 – вращающийся колосник, 8 – электродвигатель шнекового питателя, 9 –

бункер топлива, 10 – шнековый питатель.

Инициирование процесса горения осуществлялось путем первоначальной

загрузки в реактор инициирующего состава, представляющего собой смесь

дробленого инерта и древесного угля, разогретого до 800°С, затем

производилась подача газообразного окислителя и мелкодисперсного топлива

после чего происходило воспламенение пылевоздушной смеси и формирование

волны горения. На рисунке 6 представлена фотография эксперимента по

сжиганию мелкодисперсного топлива в лабораторном реакторе. Как видно из

фотографии фронт горения пылевидного топлива достаточно широкий (~ двум

диаметрам реактора).

PAGE \* MERGEFORMAT 24

Page 15: istina.msu.ru · Web viewКак видно из графика (рис. 8а) температура на выходе из реактора не превышала 200 С, таким

Рис. 6. Фотография эксперимента фильтрационного горения мелкодисперсного топлива.

Транспортировка топлива в объем реактора осуществлялась

пневматическим способом с механической его подачей непосредственно в

поток газообразного окислителя. Такая методика подачи топлива позволяет

производить регулировку его расхода двумя способами: частотой вращения

шнекового питателя и расходом газообразного окислителя через подающее

устройство.

В ходе лабораторных испытаний системы подачи пылевидного топлива

столкнулись с конструктивными ограничениями по времени работы, связанные

с недостаточным объемом бункера топлива, в связи с этим на первом этапе

работы проводились эксперименты на небольших расходах газообразного

окислителя (воздух). Расход воздуха был выбран 530 м3/ч*м2, что составляет 0,5

л/с в пересчете на рабочее сечение лабораторного реактора.

Первоначально была исследована зависимость массового расхода топлива

от расхода газообразного окислителя, проходящего через подающее

устройство. В этой серии экспериментов производительность шнекового

питателя устанавливалась максимальной (напряжение на приводе питателя

устанавливалось максимальным – 250В), а расход воздуха через подающее

устройство изменялось от 0,1 л/с до 0,5 л/с, при постоянном общем расходе

PAGE \* MERGEFORMAT 24

Page 16: istina.msu.ru · Web viewКак видно из графика (рис. 8а) температура на выходе из реактора не превышала 200 С, таким

воздуха 0,5 л/с. На рисунке 7 представлена зависимость массового расхода

топлива от расхода воздуха через подающее устройство. Как видно из графика

при увеличении расхода воздуха происходит незначительный рост расхода

топлива с 0,08 г/с до 0,105 г/с. При подаче воздуха в полном объеме только

через устройство, подающее топливо (в реактор дополнительно воздух не шел),

происходило падение расхода топлива до 0,085 г/с. На графике этот случай

обозначен «крестиком». В случае, когда в устройство, подающее топливо

расход воздуха составлял 0,5 л/с и в реактор дополнительно подавался воздух в

количестве 0,1 л/с (на графике обозначен пустой точкой) происходил рост

массового расхода топлива до 0,12 г/с, что говорит о необходимости подачи

воздуха в реактор хотя бы в минимальном количестве. Это необходимо, чтобы

задать направление газового потока в реакторе (создать своего рода

эжектирование) и чтобы происходило распределение подаваемой

пылевоздушной смеси по сечению реактора.

Рис. 7. Зависимость массового расхода мелкодисперсного топлива от расхода воздуха через подающее

устройство.

PAGE \* MERGEFORMAT 24

Page 17: istina.msu.ru · Web viewКак видно из графика (рис. 8а) температура на выходе из реактора не превышала 200 С, таким

3. Обсуждение результатов

Результаты по зажиганию смеси мелкодисперсного твердого топлива в потоке воздуха при фильтрации через инертную пористую засыпку

В каждом эксперименте проводилась запись температурных показаний

термопар. Характерные температурные профили волны горения при различных

расходах топлива (расходах воздуха через подающее устройство) представлены

на рисунке 8. Во всех экспериментах подача пылевоздушной смеси

осуществлялась через нижний ввод для термопары (где и происходило начало

горения), поэтому на графиках температурных профилей волны горения

отображены три уровня термопар. Максимум температур был на уровне ввода

пылевоздушной смеси и на следующем уровне термопар (красная кривая с

максимальной температурой) дальше по длине реактора температура

значительно ниже. В одном эксперименте из этой серии производился контроль

температуры на выходе из реактора, для чего в верхний слой инертной засыпки

помещалась дополнительно четвертая термопара. Как видно из графика (рис.

8а) температура на выходе из реактора не превышала 200°С, таким образом за

счет циркуляции инерта в реакторе происходила эффективная рекуперация

тепла в зону горения.

а) расход топлива – 0,08 г/с б) расход топлива – 0,102 г/с

PAGE \* MERGEFORMAT 24

Page 18: istina.msu.ru · Web viewКак видно из графика (рис. 8а) температура на выходе из реактора не превышала 200 С, таким

в) расход топлива – 0,094 г/с г) расход топлива – 0,105 г/с

д) расход топлива – 0,085 г/с е) расход топлива – 0,12 г/с

Рис. 8. Температурные профили волны горения при различных расходах воздуха через подающее устройство а)

– 0,1 л/с, б) – 0,2 л/с, в) – 0,3 л/с, г) – 0,4 л/с, д) – 0,5 л/с, е) – 0,5 л/с и в реактор – 0,1 л/с.

Небольшие скачки температур на графиках в начале экспериментов

соответствуют загрузке инициирующего состава, после чего происходила

подача пылевидного топлива в реактор. Положение фронта горения

поддерживали на одном месте – между вводом пылевоздушной смеси и первым

уровнем термопар посредством осуществления разгрузки/загрузки инерта из

реактора, с чем и связаны колебания температурных профилей в ходе

эксперимента.

PAGE \* MERGEFORMAT 24

Page 19: istina.msu.ru · Web viewКак видно из графика (рис. 8а) температура на выходе из реактора не превышала 200 С, таким

Рис. 9. Зависимость максимальной температуры от массового расхода мелкодисперсного топлива.

Как видно из рисунка 8 с увеличением массового расхода топлива

наблюдается рост максимальной температуры фронта горения. На рисунке 9

представлена зависимость максимальной температуры фронта горения от

массового расхода топлива. Как видно из графика при увеличении расхода

топлива с 0,08 г/с до 0,12 г/с наблюдается рост температуры с ~600°С до

~1100°С.

Второй способ, позволяющий регулировать расход мелкодисперсного

топлива – изменение частоты вращения шнекового питателя. В ходе испытаний

подающего устройства оказалось, что для подачи необходимого количества

топлива нужна большая частота вращения питателя, и количественно ее

определить не удалось, в результате чего за управляющий параметр приняли

подаваемое напряжение на привод шнекового питателя. В ходе экспериментов

основной расход воздуха – 0,3 л/с направлялся через подающее устройство

пылевидного топлива, а остальная часть – 0,2 л/с подавалась в реактор, чтобы

задать направление газового потока и чтобы происходило распределение

подаваемой пылевоздушной смеси по сечению реактора.

PAGE \* MERGEFORMAT 24

Page 20: istina.msu.ru · Web viewКак видно из графика (рис. 8а) температура на выходе из реактора не превышала 200 С, таким

На рисунке 10 представлена зависимость массового расхода пылевидного

топлива от напряжения привода подающего шнека. Как видно из графика при

увеличении напряжения на приводе шнека (и соответственно частоты

вращения) происходит практически линейный рост массового расхода топлива

с 0,032 г/с до 0,094 г/с. Для проверки надежности методики подачи

пылевидного топлива в ряде случаев проводились повторные эксперименты,

отклонение значений расходных характеристик от среднего не превышал 7%.

Рис. 10 Зависимость массового расхода мелкодисперсного топлива от частоты вращения шнекового питателя

(напряжения привода питателя).

В каждом эксперименте проводилась запись температурных показаний

термопар. Характерные температурные профили волны горения при различных

расходах топлива (напряжение на приводе шнекового питателя) представлены

на рисунке 11. Небольшие скачки температур в начале экспериментов

соответствуют загрузке инициирующего состава, после чего происходила

подача пылевидного топлива в реактор. Положение фронта горения, как и в

предыдущей серии экспериментов, поддерживали на одном месте – между

вводом пылевоздушной смеси и первым уровнем термопар посредством

осуществления разгрузки/загрузки инерта из реактора.

PAGE \* MERGEFORMAT 24

Page 21: istina.msu.ru · Web viewКак видно из графика (рис. 8а) температура на выходе из реактора не превышала 200 С, таким

а) расход топлива – 0,032 г/с б) расход топлива – 0,062 г/с

в) расход топлива – 0,094 г/с

Рис. 11. Температурные профили волны горения при массовом расходе мелкодисперсного топлива а) –

напряжение 125В, б) – напряжение 175В, в) – напряжение 250В.

Как видно из рисунка 11 с увеличением массового расхода топлива

наблюдается рост максимальной температуры фронта горения. На рисунке 12

представлена зависимость максимальной температуры фронта горения от

массового расхода топлива. Как видно из графика при увеличении расхода

топлива с 0,032 г/с до 0,094 г/с наблюдается рост температуры с 680°С до

790°С.

PAGE \* MERGEFORMAT 24

Page 22: istina.msu.ru · Web viewКак видно из графика (рис. 8а) температура на выходе из реактора не превышала 200 С, таким

Рис. 12. Зависимость максимальной температуры от массового расхода мелкодисперсного топлива.

В обеих сериях экспериментов: по регулированию расхода топлива за

счет регулирования частоты вращения шнекового питателя и за счет изменения

расхода воздуха через подающее устройство наблюдается увеличение

максимальной температуры горения. Видимо, это связано с уменьшением

удельных теплопотерь из реактора при увеличении расхода топлива.

PAGE \* MERGEFORMAT 24

Page 23: istina.msu.ru · Web viewКак видно из графика (рис. 8а) температура на выходе из реактора не превышала 200 С, таким

ВыводыВ ходе экспериментальных исследований была отработана методика

подачи пылевидного топлива, позволяющая объединить преимущества

реакторов плотного слоя (с эффективной рекуперацией тепла в зону горения) с

преимуществами пылеугольных газификаторов (высокая производительность).

Определены массовые расходы пылевидного топлива в зависимости от

частоты вращения шнекового питателя при постоянном расходе газообразного

окислителя и от расхода газообразного окислителя при неизменной частоте

вращения шнекового питателя.

Были показаны два основных способа регулировки расхода горючего в

объем реактора – газификатора. Один из них позволяет осуществлять грубую

регулировку, второй – плавную.

Полученные результаты необходимы для изучения газификации

мелкодисперсного твердого топлива в фильтрационном режиме. Проведение

газификации мелкодисперсного твердого топлива позволит увеличить

производительность реактора при сохранении его габаритов.

PAGE \* MERGEFORMAT 24

Page 24: istina.msu.ru · Web viewКак видно из графика (рис. 8а) температура на выходе из реактора не превышала 200 С, таким

Список литературы1. Глазов С.В., Манелис Г.Б., Стесик Л.Н. и др. «Экологически чистая

переработка горючих отходов металлургического производства» // Журнал

«Машиностроитель» № 1, 1996, с. 26-28.

2. Манелис Г.Б., Глазов С.В., Лемперт Д.Б. и др. «Фильтрационное горение

твердого топлива в противоточных реакторах. Известия Академии наук. Серия

химическая» 2011, № 7, с. 21-37.

3. Кислов В.М., Пилипенко Е.Н. «Критические явления при фильтрации газа

через слой частиц» // Программа и научные материалы VI Международного

симпозиума «Горение и плазмохимия», 24-26 августа 2011, Алма-Ата, с. 127-

130.

4. Кислов В.М., Глазов С.В., Земскова С.И. «Пределы устойчивости слоя

частиц при фильтрационном горении» // Материалы юбилейной научной

конференции «Химическая физика вчера, сегодня, завтра», 12-14 октября 2011,

Москва, с. 67.

5. Жаворонков А.И., Жирнов А.А., Салганский Е.А. «Интенсификация

процесса фильтрационного горения» // XXVI Симпозиум «Современная

химическая физика», 20 сентября - 01 октября, 2014, г. Туапсе (Сборник

тезисов на диске, с.201).

6. Жаворонков А.И., Зайченко А.Ю., Подлесный Д.Н. и др.

«Фильтрационное горение высокодисперсного топлива в реакторе-

газификаторе плотного слоя» // XXI Всероссийская научная конференция

студентов физиков и молодых ученых, 26 марта - 2 апреля, 2015, г. Омск.

7. Жаворонков А.И., Подлесный Д.Н., Салганский Е.А. и др. «Методика

подачи высокодисперсного топлива в газификатор фильтрационного

горения» // XV Минский международный форум по тепломассообмену, 23 – 26

мая 2016, г. Минск.

8. Гельперин Н. И., Айнштейн В. Г., Кваша В. Б. Основы техники

псевдоожижения, М.: 1967.

PAGE \* MERGEFORMAT 24

Page 25: istina.msu.ru · Web viewКак видно из графика (рис. 8а) температура на выходе из реактора не превышала 200 С, таким

9. Забродский С.С. Гидродинамика и теплообмен в псевдоожиженном

(кипящем) слое, М. – Л.: 1963.

10. Лева М. Псевдоожижение. пер. с англ., М., 1961.

11. Review of Finnish biomass gasification technologies. OPET Report 4. VTT,

ESPOO 2002, Pp. 1-19.

12. Kurkela E., Stahlberg P., Leppalahti J. Updraft Gasification of Peat and

Biomass // Biomass, № 19, 1989, Pp. 37-46.

13. A.V. Bridgwater. Thermal conversion of biomass and waste: the status. Proc.

of Conference “Gasification: the Clean Choice for Carbon Management”, 8-10 April

2002, Noordwijk, the Netherlands, Pp. 1-25.

PAGE \* MERGEFORMAT 24