ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДУТЬЯ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ СТУПЕНЧАТОГО ПРОЦЕССА ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЫЛЕУГОЛЬНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ

И.Г. Донской

doi:10.14529/power200102

Авторы

И.Г. Донской Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН, г. Иркутск

DOI:

https://doi.org/10.14529/power200102

Ключевые слова:

газификация угольной пыли, ступенчатая газификация, высокотемпературные процессы, математическое моделирование

Аннотация

Газификация обычно рассматривается как типичный представитель чистых угольных технологий из-за низких удельных выбросов при небольших затратах на очистку. Возможность сочетания энергетического и химического производств (в первую очередь синтеза жидких углеводородов и оксигенатов, водорода) на базе одного термохимического процесса открывает перспективы создания экологичных многоцелевых установок с запасанием и экспортом химической энергии. Эффективные процессы газификации требуют достижения высоких температур, которое может быть обеспечено разными способами (уменьшение доли балласта, предварительный подогрев). В работе с помощью математического моделирования в разных физических постановках (равновесной и диффузионно-кинетической) проводится анализ режимов работы высокотемпературного ступенчатого газогенератора в широком диапазоне условий. В результате расчетов определены основные характеристики процесса газификации (характерные температуры, состав генераторного газа) и их зависимость от управляющих параметров (удельный расход дутьевого пара; начальная температура воздуха; распределение топлива по ступеням; концентрация кислорода в дутье). С учетом кинетических и технологических ограничений выделяются эффективные режимы газификации, использование которых целесообразно для перспективных энергоустановок.

Скачивания

Данные скачивания пока недоступны.

Библиографические ссылки

Wang T., Stiegel G. (Eds.). Integrated gasification combined cycle (IGCC) technologies. Woodhead Publ.,

929 p.

Ryzhkov A.F. (Ed.) Analiz tekhnologicheskikh resheniy dlya PGU s vnutritsiklovoy gazifikatsiey [Analysis

of technological solutions for IGCC plants]. Ekaterinburg, Izdatelstvo Ural’skogo universiteta, 2016. 564 p.

Grabner M., Meyer B. Performance and exergy analysis of the current developments in coal gasification

technology. Fuel, 2014, vol. 116, pp. 910–920. DOI: 10.1016/j.fuel.2013.02.045

Yoshikawa K. High temperature gassification of coal, biomass, and solid wastes. Proc. 2nd Intl. Seminar

on High Temperature Air Combustion, 2000, p. 20.

Sugiyama S., Suzuki N., Kato Y., Yoshikawa K., Omino A., Ishii T., Yoshikawa K., Kiga T. Gasification

performance of coals using high temperature air. Energy, 2005, vol. 30, no. 2-4, pp. 399–413. DOI:

1016/j.energy.2004.06.001

Som S.K., Datta A. Thermodynamic irreversibilities and exergy balance in combustion processes. Prog.

Energy Comb. Sci., 2008, vol. 34, pp. 351–376. DOI: 10.1016/j.pecs.2007.09.001

Hashimoto T., Sakamoto K., Ota K., Iwahashi T., Kitagawa Y., Yokohama K. Development of coal gasifi-

cation system for producing chemical synthesis source gas. Mitsubishi Heavy Industries Tech. Rev., 2010, vol. 47,

no. 4, pp. 27–32.

Kaneko S. Integrated Coal Gasification Combined Cycle: A Reality, Not a Dream. Journal of Energy Engi-

neering, 2016, vol. 142, no. 2, E4015018. DOI: 10.1061/(ASCE)EY.1943-7897.0000312

Ishiga T., Kumagai T., Utano M., Yamashita H., Ueki Y., Yoshiie R., Naruse I. Development of a Heating

Process of a Slag-Tapping Hole by Syngas Burning in a 150 t/d Entrained-Bed Coal Gasifier. Energy Fuels, 2019,

vol. 33, no. 4, pp. 3557–3564. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.8b04341

Guiffrida A., Romano M.C., Lozza G. Thermodynamic analysis of air-blown gasification for IGCC appli-

cations. Applied Energy, 2011, vol. 88, pp. 3949–3958. DOI: 10.1016/j.apenergy.2011.04.009

Ryzhkov A.F., Gordeev S.I., Bogatova T.F. Selecting the process arrangement for preparing the gas tur-

bine working fluid for an integrated gasification combined-cycle power plant. Thermal Engineering, 2015, vol. 62,

no. 11, pp. 796–801. DOI: 10.1134/S0040601515110075

Ryzhkov A., Bogatova T., Gordeev S. Technological solutions for an advanced IGCC plant. Fuel, 2018,

vol. 214, pp. 63–72. DOI: 10.1016/j.fuel.2017.10.099

Aslanyan G.S., Ginevskaya I.Yu., Shpilrain E.E. [Influence of steam-oxygen blast parameters on carbon

gasification]. Khimiya tverdogo topliva [Solid Fuel Chemistry], 1984, no. 1, pp. 90–98. (in Russ.)

Messerle V.E., Ustimenko A.B., Lavrichshev O.A. Plasma coal conversion including mineral mass utiliza-

tion. Fuel, 2017, vol. 203, pp. 877–883. DOI: 10.1016/j.fuel.2017.05.037

Kobayashi N., Tanaka M., Piao G., Kobayashi J., Hatano S., Itaya Y., Mori S. High temperature air-blown

woody biomass gasification model for the estimation of an entrained down-flow gasifier. Waste Management,

, vol. 29, no. 1, pp. 245–251. DOI: 10.1016/j.wasman.2008.04.014

Ueki Y., Yoshiie R., Naruse I., Matsuzaki S. Effect of hydrogen gas addition on combustion characteristics

of pulverized coal. Fuel Processing Technology, 2017, vol. 161, pp. 289–294. DOI: 10.1016/j.fuproc.2017.02.034

Mikula V.A., Ryzhkov A.F., Val'tsev N.V. Analyzing the possibility of constructing the air heating sys-

tem for an integrated solid fuel gasification combined-cycle power plant. Thermal Engineering, 2015, vol. 62,

no. 11, pp. 773–778. DOI: 10.1134/S0040601515110038

Kler A.M., Marinchenko A.Yu., Potanina Yu.M. Optimization studies of combined cycle plant with coal

gasification and high temperature heated combustion air. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets

Engineering, 2019, vol. 330, no. 3, pp. 7–17. (in Russ.) DOI: 10.18799/24131830/2019/3/159

Donskoy I.G. Numerical Study of Operating Modes of Single-Stage Air-Steam Blown Entrained Flow

Gasifier. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Power Engineering, 2017, vol. 17, no. 3, pp. 13–23.

(in Russ.) DOI: 10.14529/power170302

Donskoy I.G., Svishchev D.A., Ryzhkov A.F. Reduced Order Modelling of Pulverized Coal Staged Gasi-

fication: Influence of Primary and Secondary Fuel Ratio. Energy Systems Research, 2018, vol. 1, no. 4, pp. 27–35.

DOI: 10.25729/esr.2018.04.0003

Xu M., Tu Y., Zhou A., Xu H., Yu W., Li Z., Yang W. Numerical study of HCN and NH3 reduction in

a two-stage entrained flow gasifier by implementing MILD combustion. Fuel, 2019, vol. 251, pp. 482–495. DOI:

1016/j.fuel.2019.03.135

Wang L., Jia Y., Kumar S., Li R., Mahar R.B., Ali M., Unar I.N., Sultan U., Memon K. Numerical analy-

sis on the influential factors of coal gasification performance in two-stage entrained flow gasifier. Applied Thermal

Engineering, 2017, vol. 112, pp. 1601–1611. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2016.10.122

Shamanskii V.A., Donskoi I.G. Model of carbon particle burnout in a flow reactor for thermochemical

conversion of solid fuel. Theoretical Foundations of Chemical Engineering, 2017, vol. 51, no. 2, pp. 199–205.

DOI: 10.1134/S0040579517020014

Frank-Kamenetskii D.A. Diffusion and Heat Exchange in Chemical Kinetics. Princeton Univ. Press, 2015.

p.

McBride B.J., Zehe M.J., Gordon S. NASA Glenn Coefficients for Calculating Thermodynamic Properties

of Individual Species (NASATP-2002-211556). Cleveland, Glenn Research Center, 2002. 296 p.

Safronov D., Forster T., Schwitalla D., Nikriyuk P., Guhl S., Richter A., Meyer B. Numerical study on

entrained-flow gasification performance using combined slag model and experimental characterization of slag properties. Fuel Processing Technology, 2017, vol. 161, pp. 62-75. DOI: 10.1016/j.fuproc.2017.03.007

Svishchev D., Keiko A., Donskoy I., Kozlov A., Shamansky V., Ryzhkov A. Thermodynamic efficiency

of IGCC plant with overheated cycle air and two-stage gasification. Sustainable Energy for a Resilient Future: Proceedings of the 14th International Conference on Sustainable Energy Technologies, 25–27 August 2015, Not-tingham, UK. University of Nottingham, Architecture, Energy & Environment Research Group, 2016, vol. 1, pp. 112–117.