ВЛИЯНИЕ ДОБАВОК ВОДЯНОГО ПАРА И ДИОКСИДА УГЛЕРОДА НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССА КИСЛОРОДНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ ПЫЛЕУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА

И.Г. Донской

doi:10.14529/power210102

Авторы

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

DOI:

https://doi.org/10.14529/power210102

Ключевые слова:

газификация угольной пыли, высокотемпературные процессы, математическое моделирование

Аннотация

Рассматривается процесс газификации угольной пыли в потоке дутья с высоким содержанием кислорода (типа Shell). Для повышения выхода горючих компонентов обычно используют добавление водяного пара. В настоящей работе с помощью математической модели в одномерном стационарном приближении исследуется изменение характеристик процесса при добавлении к кислородному дутью диоксида углерода и смеси диоксида углерода и водяного пара. Для всех рассмотренных вариантов оценивается эффективность термохимической конверсии (химический к.п.д.), содержание горючих газов и полнота конверсии углерода топлива. Расчеты показывают, что добавление диоксида углерода позволяет снизить удельные затраты кислорода на газификацию и повысить полноту конверсии топлива. Изменение соотношения водяного пар и диоксида углерода позволяет управлять составом газа (хотя и в довольно узком диапазоне) и температурой сырого генераторного газа на выходе из реакционной зоны.

Скачивания

Данные скачивания пока недоступны.

Биография автора

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

канд. техн. наук, старший научный сотрудник лаборатории термодинамики

Библиографические ссылки

Veras T.S., Mozer T.S., dos Santos D.C.R.M., Cesar A.S. Hydrogen: Trends, production and characterization of the main process worldwide. International Journal of Hydrogen Energy, 2017, vol. 42, no. 4, pp. 2018–2033. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2016.08.219

Gasification technologies. Thyssenkrupp Industrial Solutions AG. Germany, 2019. 24 p.

Wang T., Stiegel G. (Eds.) Integrated gasification combined cycle (IGCC) technologies. Woodhead Publ., 2017. 929 p.

Feng W. China’s national demonstration project achieves around 50% net efficiency with 600°C class materials. Fuel, 2018, vol. 223, pp. 344–353. DOI: 10.1016/j.fuel.2018.01.060

Phillips J.N., Booras G.S., Marasigan J. The History of Integrated Gasification Combined-Cycle Power Plants. Proceedings of ASME Turbo Expo 2017: Turbomachinery Technical Conference and Exposition GT 2017 (June 26–30, 2017, Charlotte, NC, USA). Paper No. GT2017-64507, V003T03A007. DOI: 10.1115/GT2017-64507

Laugwitz A., Grabner M., Meyer B. Availability analysis of integrated gasification combined cycle (IGCC) power plants. Power Plant Life Management and Performance Improvement. Woodhead Publ., 2011. pp. 110–142. DOI: 10.1533/9780857093806.1.110

Донской И.Г. Влияние состава угольно-биомассного топлива на эффективность его газификации в газогенераторах поточного типа // Химия твердого топлива. 2019. № 2. С. 55–62. [Donskoy I.G. [Influence of the composition of biomass coal fuel on the efficiency of its gasification in flow-type gas generators]. Khimiya tverdogo topliva [Solid fuel chemistry], 2019, no. 2, pp. 55–62. (in Russ.)] DOI: 10.1134/S002311771902004X

Zhu Q. High temperature syngas coolers (CCC/257). IEA Clean Coal Centre, 2015. 60 p.

Тумановский А.Г. Перспективы развития угольных ТЭС России // Теплоэнергетика. 2017, № 6. С. 3–13. [Tumanovskiy A.G. [Prospects for the development of coal-fired thermal power plants in Russia]. Thermal Engineering, 2017, no. 6, pp. 3–13. (in Russ.)] DOI: 10.1134/S004036361706008X

Kler A.M., Tyurina E.A., Mednikov A.S. A plant for methanol and electricity production: Technical-economic analysis. Energy, 2018, vol. 165B, pp. 890–899. DOI: 10.1016/j.energy.2018.09.179

Рыжков А.Ф., Филиппов П.С., Богатова Т.Ф. Анализ работы парогазовых установок с внутрицикловой газификацией. Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2019. 168 с. [Ryzhkov A.F., Filippov P.S., Bogatova T.F. Analiz raboty parogazovykh ustanovok s vnutritsiklovoy gazifikatsiyey [Analysis of the operation of combined cycle gasification units]. Ekaterinburg, Ural University Publishing House, 2019. 168 p.]

Botero C., Field R.P., Herzog H.J., Ghoniem A.F. Impact of finite-rate kinetics on carbon conversion in a high-pressure, single-stage entrained flow gasifier with coal-CO2 slurry feed. Applied Energy, 2013, vol. 104, pp. 408–417. DOI: 10.1016/j.apenergy.2012.11.028

Tupsakhare S., Dooher J., Modroukas D., Castaldi M. Improved gasification efficiency in IGCC plants & viscosity reduction of liquid fuels and solid fuel dispersion using liquid and gaseous CO2. Fuel, 2019, vol. 256, p. 115848. DOI: 10.1016/j.fuel.2019.115848

Kidoguchi K., Hara S., Oki Y., Kajitani S., Umemoto S., Inumaru J. Development of Oxy-Fuel IGCC System With CO2 Recirculation for CO2 Capture: Experimental Examination on Effect of Gasification Reaction Promotion by CO2 Enriched Using Bench Scale Gasifier Facility. Proceedings of the ASME 2011 Power Conference (Denver, USA, July 12–14 2011), 2011, vol. 2, pp. 485–492. DOI: 10.1115/POWER2011-55458

Ishi H., Hayashi T., Tada H., Yokohama K., Takashima R., Hayashi J. Critical assessment of oxy-fuel integrated coal gasification combined cycles. Applied Energy, 2019, vols. 233–234, pp. 156–169. DOI: 10.1016/j.apenergy.2018.10.021

Allam R., Martin S., Forrest B., Fetvedt J., Lu X., Freed D., Brown Jr. G.W., Sasaki T., Itoh M., Manning J. Demonstration of the Allam Cycle: An Update on the Development Status of a High Efficiency Supercritical Carbon Dioxide Power Process Employing Full Carbon Capture. Energy Procedia, 2017, vol. 114, pp. 5948–5966. DOI: 10.1016/j.egypro.2017.03.1731

Yu J., Ou W., Zhou K. Mass transfer coefficients considering boundary layer reaction in oxy-fuel combustion of coal char. Fuel, 2014, vol. 124, pp. 173–182. DOI: 10.1016/j.fuel.2014.01.101

Xue Z., Guo Q., Gong Y., Xu J., Yu G. Numerical study of a reacting single coal char particle with different pore structures moving in a hot O2/CO2 atmosphere. Fuel, 2017, vol. 206, pp. 381–389. DOI: 10.1016/j.fuel.2017.06.035

Li T., Farmand P., Geschwinder C., Greifenstein M., Koser J., Schumann C., Attili A., Pitsch H., Dreizler A., Bohm B. Homogeneous ignition and volatile combustion of single solid fuel particles in air and oxy-fuel conditions. Fuel, 2021, vol. 291, p. 120101. DOI: 10.1016/j.fuel.2020.120101

Duan L., Li L., Liu D., Zhao C. Fundamental study on fuel-staged oxy-fuel fluidized bed combustion. Combustion and Flame, 2019, vol. 206, pp. 227–238. DOI: 10.1016/j.combustflame.2019.05.008

Donskoy I. Mathematical modelling of the oxyfuel gasification of pulverized coal fuel. E3S Web of Conferences, 2020, vol. 209, p. 03011. DOI: 10.1051/e3sconf/202020903011

Donskoy I.G., Shamansky V.A., Kozlov A.N., Svishchev D.A. Coal gasification process simulations using combined kinetic-thermodynamic models in one-dimensional approximation. Combustion Theory and Modelling, 2017, vol. 21, no. 3, pp. 529–559. DOI: 10.1080/13647830.2016.1259505

Kaganovich B.M., Keiko A.V., Shamansky V.A. Equilibrium thermodynamic modeling of dissipative macroscopic systems. Advances in Chemical Engineering, 2010, vol. 39, pp. 1–74. DOI: 10.1016/S0065-2377(10)39001-6

Monaghan R.F.D., Ghoniem A.F. A dynamic reduced order model for simulating entrained flow gasifiers. Part I: Model development and description. Fuel, 2012, vol. 91, pp. 61–80. DOI: 10.1016/j.fuel.2011.07.015

Prins M.J., Ptasinski K.J. Energy and exergy analyses of the oxidation and gasification of carbon. Energy, 2005, vol. 30, no. 7, pp. 982–1002. DOI: 10.1016/j.energy.2004.08.010

Roberts D.G., Harris D.J. Char gasification in mixtures of CO2 and H2O: Competition and inhibition. Fuel, 2007, vol. 86, pp. 2672–2678. DOI: 10.1016/j.fuel.2007.03.019

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

Рыжков А.Ф., Абаимов Н.А., Донской И.Г., Свищев Д.А. Модернизация поточного воздушного газификатора для твердотопливной парогазовой установки // Физика горения и взрыва. 2018. Т. 54, № 3. С. 96–103. [Ryzhkov A.F., Abaimov N.A., Donskoy I.G., Svishchev D.A. Modernization of a stream air gasifier for a solid-fuel steam-gas installation. Fizika goreniya i vzryva [Physics of Combustion and Explosion], 2018, vol. 54, no. 3, pp. 96–103. (in Russ.)] DOI: 10.15372/FGV20180310

Донской И.Г., Маринченко А.Ю., Клер А.М., Рыжков А.Ф. Оптимизация режимов работы парогазовой мини-ТЭС с атмосферным газогенератором // Теплофизика и аэромеханика. 2015. Т. 22, № 5. С. 663–671. [Donskoy I.G., Marinchenko A.Yu., Kler A.M., Ryzhkov A.F. Optimization of operating modes of a steam-gas mini-TPP with an atmospheric gas generator. Teplofizika i aeromekhanika [Thermal physics and aeromechanics], 2015, vol. 22, no. 5, pp. 663–671.]

Valero A., Uson S. Oxy-co-gasification of coal and biomass in an integrated gasification combined cycle (IGCC) power plant. Energy, 2006, vol. 31, pp. 1643–1655. DOI: 10.1016/j.energy.2006.01.005