автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Газификация энергетических углей в кипящем слое и потоке с циркуляцией твердой фазы

ргв од

2 8 А8Г 1995

" Национальная академия наук Украины

Институт газа

На правах рукописи

ДУДНИК Алексей Николаевич

УДК 662.61.747:66.096.5

ГАЗИФИКАЦИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УГЛЕЙ В КИПЯЩЕМ СЛОЕ И ПОТОКЕ С ЦИРКУЛЯЦИЕЙ ТВЕРДОЙ ФАЗЫ

Специальность 05.14.04 - промышленная теплоэнергетика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киев - 1995

Диссертация является рукописью

Работа выполнена в Отделении высоюгемпералурного преобразования энергии Института проблем энергосбережения Национальной Академии наук Украины

Научный руководитель - кандидат технических наук,

старший научный сотрудник Майстренко Александр Юрьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

старший научный сотрудник Хвастухин Юрий Иванович

кандидат технических наук, доцент Горбунов Олег Васильевич

Ведущая организация - Государственная металлургическая

академия Украины, г. Днепропетровск

Защита диссертации состоится "йб* ce*$3<!>hb< 1995 г. в о о часов на заседании специализированного совета Д.50.03.01 при Институте газа HAH Украины по адресу: 252113 Киев - 113, ул. Деггяревская, 39

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института газа HAH Украины.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять ш адресу: 252113, Киев, улица Деггяревская, 39, Институт газа HAH Украины, ученому секретарю специализированного совета.

Автореферат разослан 1995 г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор технических наук

В.Я.Конюх

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Под воздействием факторов экономического, экологического и социального характера промышленность Украины оказалась на пороге острейшего энергетического кризиса. В связи с прекращением строительства атомных электрических станций, нехваткой жидкого и газообразного топлива, выходом из создавшегося положения на Украине может послужить внедрение в промышленность новых энергетических объектов повышенной экономичности и экологической чистоты на основе комплексного использования отечественного твердого топлива.

Указанным условиям в значительной мере соответствуют технологии сжигания угля в циркулирующем кипящем слое (ЦКС), технологии сжигания и газификации угля под давлением для парогазовых установок (ПГУ).

На тепловых электростанциях (ТЭС) с парогазовыми установками решаются проблемы, связанные со снижением выбросов окислов азота и серы, с транспортировкой отходов и обработкой сточных вод, а такие повышается общ№ термический КПД цикла ТЭС.

Газификатор, работающий под давлением, органически вписывается в схему ТЭС, работающей по парогазовому циклу. Это объясняется наличием в цикле необходимых для газификации рабочих тел - воздуха и -пара.

Разрабатываемые до настоящего времени в США, Европе и Японии технологии внутрицикловой газификации угля были ориентированы на низкозольные высокореакционные твердые топлива с высоким выходом летучих. Так как основными энергетическими углями Украины являются низкореакционные высокозольные угли, изучение и выбор процессов газификации применительно к этим тошшвам Украины является в настоящее время актуальной задачей.

В связи с чем целью работы являлись: изучение особенностей газификации угля в низкотемпературных (стационарном и циркулирующем кипящих) слоях и высокотемпературном потоке при атмосферном давлении, определение влияния режимных факторов на показатели эффективности процессов газификации и выдача предложений и рекомендаций по разработке и использованию новых систем газификации украинских углей.

При выполнении работы были поставлены следующие задачи.

1. Выбор процесса газификации угля в зависимости от стадии мета-мор^зма используемого топлива.

2. Определение влияния режимных факторов на газификацию угля

и путей увеличения интенсивности процесса.

3. Определение приемлемых параметров процессов газификации угля при атмосферном давлении.

4. Выдача технических заданий, технических предложений и рекомендаций для проектирования пилотных и опытно-промышленных установок.

5. Анализ возможности интегрирования технологий в тепловой цикл электростанций и новых энергоблоков.

В качестве объектов исследования были выбраны наиболее широко используемые на электростанциях Украины высокозольные донецкие антрацитовый штыб (АШ) и газовые (ГШ) угли.

Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:

1. Показана возможность и выбраны пути аффективной газификации низкореакционных углей в потоке для ПТУ, за счет применения двух-стадийной конверсии с циркуляцией твердой фазы.

2. Определена динамика выделения продуктов газификации в потоке как продуктов сгорания природного газа, так и продуктов конверсии исходного угля в зависимости от концентрации кислорода в дутье.

3. Определены наблюдаемые константы реакционного газообмена кокса АШ в восстановительной зоне высокотемпературного поточного газификатора.

4. Показана перспективность углекислотно-кислородной газификации каменных газовых углей в кипящем слое и выявлено влияние отношения С02/02в дутье на процесс газификации угля.

5. Определены оптимальные режимы паровоздушной газификации высокозольных газовых углей в ЦКС и показано, что максимальная теплотворная способность генераторного газа (5,5-5,8'Ю3 КЦк/нм3) получена при степени конверсии угля 0,75-0,8, что требует применения устройств дожигания коксозольного остатка.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

1. На основе полученных экспериментальных и расчетных данных разработана принципиальная схема и выдано техническое задание на проектирование пилотной установки газификации угля типа ГШ в ЦКС тепловой мощностью 8,5 МВт.

2. Выданы рекомендации по основным параметрам и принципиальной схеме опытно-промашленной установки тепловой мощностью 10 МВт для двухстадийной поточной газификации угля типа АШ с циркуляцией твердой фазы.

3. Выдано 2 технических предложения по принципиальным схемам и конструкциям аппаратов опытно-промышленных установок с циркулирующим кипящим слоем тепловой мощностью 50 МВт для углекислотно-

кислородной газификации газовых углей при атмосферном давлении и воздушной газифшации угля типа ГСШ под давлением 2,5 МПа.

Результаты исследований и разраброток использованы при разработке технического задания на проектирование пилотной установки воздушной двухстадийной газификации угля типа ГСШ под давлением в ЦКС, технических предложений по разработке опытно-промышленных установок воздушной газификации угля типа ГСШ в ЦКС под давлением и углекислотно-кислородной газификации газовых углей в ИКС при атмосферном давлении, в соответствии с приказом. Минэнерго Украины Шб'от 03.08.93. Результата исследований использованы Минэнерго Украины при перспективном планировании работ по созданию новых экологически чистых технологий, КБ "Южное" при разработке рабочей и конструкторской документации для пилотной установки газификации угля дас-1,0, ПЭО "Донбассэнерго" при наладке режимов горения угля АШ в котлоагрегатах электростанций объединения, ЛьвовОРГРЭС при определении оптимальных режимов газификации каменных углей на установке УТТ-2-Т и при разработке принципиальных схем ПГУ с внутрицикловой газификацией угля, Институтом теплоэнергетики Минэнерго Украины при разработке новых пилотных установок сжигания и газификации угля.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на международной конференции "Чистый уголь" в США (Атланта, 1993), на семинаре экспертов по экологически чистым угольным технологиям в Польше (Щирк, 1995), на международном симпозиуме "Получение генераторного газа с заданным составом" (Днепропетровск, 1995), на Всесоюзной конференции "Научные основы создания энергосберегающей техники и технологий (Москва, 1990) и 8 республиканских научно-технических конференциях и семинарах.

Публикации по теме диссертации. По теме диссертации опубликовано 15 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Представлена на 136 машинописных страницах, содержит 41 рисунок, 26 таблиц и список литературы из 143 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В введении обоснована актуальность темы, ее научная новизна и практическая ценность, рассмотрена ситуация с качеством твердого топлива, поступающего на электростанции страны, сформулированы цели и задачи работы.

В первой главе на основе анализа топливно-энергетического баланса Украины рассмотрены пути повышения эффективности использования твердого топлива на электростанциях. Показано, что горспек-тивнными технологиями термической переработки украинских высокозольных углей являются технологии внутрицикловой газв^вкации угля (BIT). В мире для использования в ПГУ разрабатывается четыре метода ВГУ под давлением: в потоке, плотном, кипящем слоях и расплаве. К настоящему времени в промышленном масштабе испытаны ПГУ с внутрицикловов газификацией угля по технологиям Тексако, Шелл и Доу Кеми-кал. Так как в мире наибольшую популярность приобретав! поточные установки и установки с кипящим слоем (что объясняется как их повышенными экономическими и экологическими показателями, так и возможность» их интегрирования на крупных энергоблоках ТЭС), основной упор в работе был сделан на исследования газификации энергетических углей Украины в кипящем слое и штоке. Обзор зарубежных технологий показал, что для увеличения эффективности процесса термической переработки угля, в пилотном и демонстрационном масштабах находят все большее распространение технологии двухстадийной термической переработки угля с циркуляцией твердой фазы (picЛ) и выбор способа ВГУ зависит от марки используемого топлива.

Рис.1. Сеема двухстадийной газификации угля

На основании материалов представленных в обзоре, для исследования особенностей газификации газовых углей был выбран способ их термической переработки в циркулирующем кипящем слое. Это объяснялось следующими причинами: пониженной температурой газификации угля (которая ниже температуры агломерации золы), что позволяет уменьшить содержание соединений азота в полученном газе, снизить требования к используемой в реакторе футеровке и использовать сухое золоудаление; возможностью снижения содержания соединений серы в полученном газе (за счет связывания серы золой и вводимым в кипящий слой известняком); использованием воздушного дутья вместо кислородного; возможностью регулирования нагрузки в широких пределах (за счет изменения степени циркуляции коксозольного

остатка и температуры процесса); возможностью получения средне-калорийного газа в ЦКС на углекислотно-кислородном дутье.

Для исследования особенностей газификации украинского угля типа АШ был выбран способ поточной термической переработки на кислородном дутье. Это объяснялось следующими причинами: низкой реакционной способностью угля; повышенной производительностью реакционного объема поточного газификатора при работе на кислородном дутье; отсутствием смол и фенолов в полученном гвзе; пониженным содержанием соединений азота в полученном газе (за счет применения кислородного дутья).

Во второй, главе описаны конструкции установок, на которых проводились исследования по газификации угля, методики проведения экспериментов и оценки полученных результатов.

Эксперимента по газификации АШ на кислородном и обогащенном кислородом воздушном дутье производились на установке с восходящим штока« РЖ.

реактор этой установки (с внутренним диаметром 0,04 м и высотой I м) бал футерованным и не имел водяной рубашки охлаждения с целью обеспечения условий проведения процесса высокотемпературной газификации близких к адиабатическим.

Перед проведением экспериментов проводились термодинамические расчеты процессов поточной газификации АШ (с зольностью Аа=35%), основанные на определениии максимума энтропии закрытых систем. Качественные результаты этих расчетов даны в таблице I.

Таблица I.

Результаты термодинамических расчетов процесса парокислородной поточной газиЗикации угля АШ при атмосферном давлении

Расход газифицирующего агента Объемный состав сухих газообразных продуктов Калорийность газа Химический КПП

кислорода | пара 00 1 % 1»2 \т

кг/кг угля % ВДж/нм3 %

0,682 | 0,15 2.2|73,б|21,8|2,2|0,2 11,6 74,5

Для расчета степени конверсии углерода и равновесного состава полученных газов использовалась методика материального баланса ре актора .которая применялась для определения степени конверсии углерода по содержанию азота в полученном газе. Уравнение материального баланса записывалось в следующем виде:

С18\°о + да(ВЛЭГа) ♦ ^о<02 + ——Н2) -

уао 1,ао

т)0{аСО + (18-а)С02> + 18-(1-т}0)С* + рн^ + ( — + + ^ .Хд -

2 V«

-в* .V

о ап

ао

Э)%0 + —--Хд^ + Оу, (I)

ао

Равновесие реакции водяного сдвига и баланс кислорода в реакторе представлялись следующими соотношениями:

^о " 2,15о,яо + (ь/2 ~ °> " Vя = Р • (2}

[СО-ИН-] Х.-(18-а)

—--*---2-=—=5-- КСГц), <3)

1ца<ъ/г + V, + Л^2*" Р)

ао

Для планирования экспериментов использовалась инженерная методика расчета, которая учитывала кинетику протекания процесса гази£ика-ции угля с учетом констант реакционного газообмена, которые определялись исходя из диффузионно-кинетической теории. Из экспериментально полученных профилей температур, объемного состава газовой смеси, массовых расходов реагентов и степени конверсии углерода, решением обратной кинетической задачи определялись константы реакционного газообмен-на для реагирования ¿Ш с С02 и 1^0 в восстановительной зове реактора тора в диапазоне температур 1600-2100 К. Эти константы применялись также при расчете двухстадийной поточной газификации угля. На рис.2 показаны результата расчетов для двухстадийной поточной газификации АШ для случая ввода всего угля в восстановительную зону в возврата не-прореагировавшего коксозольного остатка в окислительную зону реактора.

Эксперименты по угле кислотно-кислородной газификации угля проводились на лабораторной установке РСК-2. Основу установки составляли кварцевые реакторы с внутренним диаметром 40-42 мм, которые вставлялись в электрическую печь. На установке исследовалась алло-термическая газификация угля в стационарном кипящем слое. Перед проведением экспериментов на этой установке, была разработана методика оценки возможности углекислотно-кислородной гази&псэции угля в кипящем слое. По этой методике производились расчеты, которые позволили определить диапазоны удельных расходов углекислого газа и концентраций кислорода в дутье для обеспечения условий газификации газовых углей в кипящем слое. На рис. 3 показаны результаты этих

, кг/кг угля 1?2

<Й, МДяс/нм

10 20

30 V

Х„, Х^, %

Рис.2-

4,и 2,0

ялияние степеней конверсии угля /Ц/ и фиксированного углерода

восстановительной зоне реакЙра на расход кислорода в камеру сгорания и калорийность получаемого газа

ЫДж/ны3

«Б.

Рис.3. Зависимость удельного

расхода углекислого гезь и калорийности получаемого газа от объемной концентрации кислорода в дутье

расчетов, которые показали, что на углекислотно-кислородном дутье в кипящем слое можно получить среднекалорийный газ.

Эксперимента по воздушной газификации угля типа ГСШ в 1ЩС при атмосферном давлении проводились на экспериментальной установке Ф-0,05 с внутренним диаметром 0,1 м высотой 1,9 м (производительностью по углю до 30 кг/ч) и пилотной установке ЩС-0,2 (производительностью по углю до 400 кг/ч). Для оценки полученных данных использовалась расчетная методика, которая строилась на материальном и тепловом балансе реактора и учитывала кинетику протекания гетерогенных реакций. Алгоритм расчета был основан на поиске расходов угля на установку в зависимости от расхода и температуры возвращаемого коксозольного остатка (кратности циркуляции).

В третьей главе приводятся результаты экспериментов по высокотемпературной поточной гази4икации АШ, газификации ГСШ в стационарном кипящем слое на углекислотно-кислородном дутье и в циркулирующем кипящем слое на воздушном дутье.

Экспериментальные исследования поточной газиДикации показали, что - при термообработке в продуктах сгорания природного газа с увеличение!

расхода угля на установку концентрации 00 и в полученном газе увеличивались, концентрация С02 уменьшалась и степень конверсии углерода понижалась (рис.4);

- при автотермической поточной одностадийной газификации угля с увеличением мольного соотношения О/С (>1) увеличивалась степень конверсии углерода и уменьшалась калорийность полученного газа, что в результате приводило к снижению химического КЦЦ газификации (рис.5);

- по результатам экспериментов на поточной установке были установлены константа реакционного газообмена в восстановительной зоне реактора для реакций кокса ДШ с С02 и 1^0:

- эксперименты показали, что двухстадийная поточная газификация является более эффективной для ДО, чем одностадийная (так как на выходе из реактора двухстадийного аппарата не обязательна полная конверсия углерода, полученный газ имеет большую калорийность и газификация может проходить при пониженных температурах);

- по результатам экспериментов было установлено, что в случае применения двухстадийной поточной газификации угля, степень конверсии углерода на выходе из реактора (до разделения полученного газа и КЗО) должна находиться на уровне 50-60%;

- увеличение эффективности процесса двухстадийной поточной газификации угля .можно добиться за счет ввода всего (или большей части) топлива в восстановительную зсшу газификации с рециркуляцией коксозольного остатка и части полученного газа для сжигания в окислительную зону газификатора.

Результаты экспериментов по углекисяотно-кислородной газификации ГШ в кипящем слое показали, что:

- при одинаковых концентрациях кислорода в дутье, в случае угле-кислотно-кислородвой газификации ГСШ в кипящем слое, за счет увеличения вклада реакции С+С02 в процесс, был получен более калорийный газ, чем при газификации на воздушно^ и паровоздушном дутье;

- с увеличением концентрации кислорода в дутье увеличивалась калорийность полученного газа и степень использования С02 (при концентрации С02 в реакционной смеси - 79,6 % реагировало около 15* исходного углекислого газа, а в случае когда концентрация С02 составляла 41,21, степень использования исходного С02 превышала 40%) (таблица 2);

- получаемый в экспериментах газ имел калорийность 7,$-9,1 НДж/нм3 (что подтвердило вывод, полученный расчетным путем, о возможности

Oçq =1,959•10®•exp(-37840/Т), 0^=3,767 • 1оР • exp (-27I83/T ),

(4);

(5)

V) , Об. доли %

<£. т/т3

30 20 Ю

Хс, %

• С02 со 3,0 _ 60

2,0 40

- сг" 1,0 [ с/ У < 20

0,25 0,5 0,75

ауг ю-3, кг/с

0,25 0,5 0,75 СуГ Ю-3, кг/с

Рис.4. Зависимость состава, калорийности полученного газа и степени конверсии углерода от расхода угля при поточной газификации в продуктах сгорания природного газа

„ о *

0,8 1,0 1,2 1,4

<3о/3уг' КГ/КГ

0,8 1,0 1,2 1,4

Рис.5. Зависимость саепгни конверсии углерода","калорийности

полученного газа и химического КПД от массового соотношения кислород/уголь при автотермической поточной газификации

ВДж/нм3

Ю Х5, %

8

О % Iх, *

2000 250У 3000 2000 2300 ЭООО

д5, кг/м2ч а5, кг/м2ч

Рис.6. Зависимость калорийности полученного газа, степеней конверсии углерода по золе и уносу, химического КПД газификации, степеней связывания серы по золе и уносу от нагрузки сечения реактора Ф-0,и&

получения газа средней калорийности на углекислотво-кислородвом дутье в кипящем слое).

Таблица 2.

Результаты экспериментов по углекислотно-кислородной газн|икации угля ГШ в кипящем слое

Показатель Величина

состав газов-реагентов,*

°2 20,4 40,5 58,8

со2 Скорость потока 79,6 59,5 41,2

газа-реагента, м/с 0,8-1,0 1,0-1,2 1,0-1,2

Теплотворная способность полученного газа, НДж/нм3 6,2-6,9 7,6-8,2 8,5-9,1

Степень конверсии уноса.Ж 79 71 70

Результаты экспериментов по воздушной газификации угля ГСШ на экспериментальной установке Ф-0,05 и пилотной установке ЦКС-0,2 показали, что (рис.6):

- высокозолышй ГШ можно газифицировать в ЦКС на воздушном дутье с высокой степенью конверсии углерода и низким содержанием углекислого газа в полученном газе;

- за счет ввода известняка в аппараты ЦКС существенно понижается содержание соединений серы на выходе из реактора (степень связывания сер/ известняком достигает 0,81-0,86);

- по калорийности полученного газа и степени конверсии угля получены оптимальные режимы газификации угля при атмосферном давлении.

Для установки Ф-0,05 эти режимы следующие: размер угольных частиц - 1-3 км; скорость потока газа-реагента - 4-4,8 м/с; температура в реакционной зоне - 920-960°С; нагрузка сечения реактора 2500-2800 кг/м^; теплотворная способность генераторного газа - 5,1-5,6 ВДх/нм3; степень конверсии углерода - 0,69-0,72; содержание юх в полученном газе - 18-34 мг/эдг; степень связывания серы - 0,81-0,86 (при мольном соотношении Са/Б=2,5).

Для установки ЦКС-0,2 оптимальные режимы газификации ГСШ следующие: размер угольных частиц - 1-3 мм; калорийность полученного газа -5,4-5,8 КДж/нм3; нагрузка сечения реактора - 2600-2900 кг/м^; скорость подачи газа-реагента - 4,3-4,6 м/с; содержание N0 ^ полученном газе - 19-21 мг/нм3; степень конверсии углерода - 0,8-0,81; степень связывания серы - 0,85-0,86; степень рециркуляции КЗО - 29-32.

Ввиду того, что уголь ГСШ является высокозольным высокореакцион-ннм спекающимся углем выбор процесса и технологической схемы газифа-

кации зависит именно от этих его свойств. Из-за повышенной реакционной способности этого угля предпочтительнее оказалась его воздушная газификация. Так как этот уголь является высокозольным углем, то предпочтительнее оказалась его газификация в кипящем слое. Для увеличения степени конверсии углерода и возможности газифицировать этот уголь на часто воздушном дутье была выбрана схема с цирхулируодим кипящим слоем. Режим работы с циркулирующим кипящим слоем позволит снизить содержание соединений серы в получением газе цри вводе в . окислительную зону известняка.

Как показали эксперименты, температура кипящего слоя должна находиться на уровне 900~950°С, а высоты зон кипящего слоя и пневмотранспорта должны обеспечивать необходимое время пребывания частиц в кипящем слое и надслоевом пространстве для обеспечения высокой степени конверсии угля. Так как при получении генераторного газа с низким содержанием углекислого газа содержание горючих в кипящем слое находилось на уровне 10-20% существует необходимость применения дополнительных устройств дожигания углерода в золе.

Для повышения калорийности полученного газа может использоваться 2 подхода:

- организация двухстадийной газификации угля в ЦКС;

- переход на использование дутья обогащенного кислородом.

Все перечисленные выше вывода и принципы были использованы при разработке и расчете новых технологических схем газификации украинских углей.

В четвертой главе приводятся описания разработанных технологических схем пилотных и опытно-промышленных установок газификации украинских углей и их рабочие параметры.

Принципиальная схема пилотной установки показана на рис.7. Строительство этой установки ведется на территории ОВПЭ НАН Украины. Пуск намечен на первую половину 1996 года.

Основной особенностью схемы является двухступенчатая термическая переработка ГСШ. При этом уголь из бункера находящегося под давлением подается в пиролизер, куда также поступает рециркули-руиций коксозольннй остаток. В результате термоконтактного пиролиза газообразные продукты отводятся в камеру конвертации, а кскс поступает в газификатор ЦКС. В нижней части газификатора происходит порциальное окисление кокса ГСШ воздухом, а в верхней части газификатора газификация полукокса и кокса. Вынесенные из реактора твердые частицы вместе с продуктами газификации выводятся из реактора, твердые частицы улавливаются циклоном и возвращаются в пиролизер. Продук-

- 14 -

камера конвертации

ты газификация поступают в камеру конвертации, смешиваются с продуктами пиролиза, поступают на сжигание в камеру сгорания. Продукты сгорания соступают в дросселирущее устройство, а затем в теплообменник. Из теплообменника они направляются в дымовую трубу. Коксозолышй остаток из центральной части решетки кипящего слоя поступает в дохигащае устройство выполненное в виде цилиндро-конического аппарата кипящего слоя. Полученная зола собирается в специальном бункере. Летучая зола улавливается циклоном второй ступени и выводится в бункер тонкой золы.

Отличительной особенностью схеш опытно-промышленной установки газв&асации угля в ЦЦС тепловой мощностью 50 МВт под давлением для Мироновской ГРЭС является наличие узлов шлюзования угля, известняка и золы, системы холодной сероочистки и активной газовой турбины перед горелками котлоагрегата.

Отличительной особенность» схвда углекислотно-кислородаой газификации газовых углей в ЩС при атмосферном давлении является отсутствие подогрева дутья, отсутствие на тракте возврата шролизера и подача топлива на кипящий слой и в тракт возврата, наличие простой система сероочистки на основе известнякового молока.

Для АШ была предложена схема пилотной установки двухстадайной поточной гаавфихпщш угля производительностью 2 т/ч. В установке

реализуется принцип восходящего потока с жидким илакоудалением. Уголь подается тангенциально в верхнюю восстановительную зону реактора, низ которой представляет собой горячую воронку. Коксо-зольный остаток вместе с полученным газом направляется через теплообменник, первую ступень батарейных циклонов в нижнюю часть реактора (камеру сгорания) для дожигания. Кроме того, в камеру сгорания направляются потоки исходного угля и части полученного газа для обеспечения условий устойчивого шлакоудаления из горячей воронки в окислительную зону реактора. С целью увеличения времени пребывания угольных частиц и кокса в зоне высоких температур (для обеспечения условий их максимальной конверсии) нижняя часть газогенератора работает как шлаковый скруббер. Полученный газ очищается от пыли во второй ступени сепарации и направляется в систему сгорания синтез-газа. Продукты сгорания через дросселирующее устройство и теплообменник направляются дымососом в дымовую трубу.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Ввиду специфичности украинских углей (их повышенной зольности) были проведены исследования по газификации газовых высокореакционных углей (ГСШ) в стационарном кипяыем слое на углекислотно-кислородном дутье, в циркулирующем кипящем слое на воздушном дутье

и газификации низкореакционного АИ в высокотемпературном потоке.

2. После проведения экспериментов по газификации АШ в высокотемпературном потоке было установлено что:

- из-за низкой реакционной способности угля для полной его конверсии процесс необходимо производить при повышенных соотношениях кислород/уголь Спри мольном соотношении О/С >1.0);

- в связи с тем, что при увеличении удельного расхода кислорода химический КПД снижался, процесс газификации необходимо проводить с циркуляцией твердой фазы в окислительную зону с использованием двух-стадийной газификации угля (когда основная часть топлива поступает

в восстановительную зону реактора, а коксозольный остаток в окислительную зону).

3. На основе экспериментальных данных в высокотемпературном потоке получены константы реакционного газообмена для кокса угля АШ в интервале температур 1Б00-2100К.

4. После предварительной расчетной оценки углекислотно-кислородной газификации газовых углей в кипящем слое и проведенных экспериментов установлены границы концентраций кислорода в углекислотно-

кислородном дутье с целью получения синтез-газа средней калорийности при температурах 950-1050°С, определено влияние соотношения СО¿И^ в ДУ™ на степень конверсии углерода и калорийность полученного газа.

5. После проведенных экспериментов по воздушной газификации угля типа ГШ в ЦКС на экспериментальной и пилотной установках были определены оптимальные режимы воздушной газификации этих углей при °

. атмосферном давлении, и показано, что максимальная калорийность генераторного газа 5,5-5,8 МДж^нм3 была получена при степени конверсии угля 0,75-0,8, что для достижения полной конверсии углерода необходимо применение дополнительных устройств дожигания КЗО.

6. На основе полученных экспериментальных и расчетных данных была разработана принципиальная схема и выдано техническое задание на проектирование пилотной установки газификации угля типа ГШ

в ЦКС тепловой мощность» 8,5 НВт.

7. Выданы рекомендации по основным параметрам и принципиальной схеме пилотной установки тепловой мощностью 10 МВт для двухстадийной поточной газификацией угля типа АШ с циркуляцией твердой фазы.

8. Разработано 2 технических предложения по принципиальным схемам и конструкциям аппаратов опытно-промышленных установок тепловой мощностью 50 ИВт с ЦКС для углекислотно-кислородной газификации газовых углей при атмосферном давлении и воздушной газификации ГШ под давлением 2,5 НПа.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Korchevoj J.Р., Va Jet rento A.J., Dudnik A.N., Jaokiewioz S.W. Teohnologie gazyíicacji i spalania wegli w zlozy fluidalnura día potreb przemyslu i energetyki/Proc. meeting oí experts on olean coal technologies (Szczyrk, Upper Silesia (Poland), 3-4 April 1995).- Kotowice: Central Mining Institute - P.206-207.

2. Технология газификации и сжигания углей в кипящем слое для нужд промышленности и энергетики/Ю.П.Корчевой, А.Ю.Майстренко, А.Н.Дудник, С.В.Яцкевич//Ргоо. meeting oí experta on olean coal technologies (Szczyrk, Upper Silesia (Poland), 3-4 April 1995).-Xotowice: Central Mining Institute- P.208-213.

3. Майстренко A.C., Дудник A.H., Яцкевич C.B. Технологии газификации углей для парогазовых установок.-Киев: Общество "Знание" Украины, 1993.- 68 с.

4. Майстренко A.D, Дудник А.Н. Разработка технологии газификации каменных углей в UKC под давлением для парогазовых установок/ Проблемы и пути совершенствования подготовки и сжигания твердых топлив на тепловых электростанциях: Тез. докл. конференции. (Киев, октябрь 1994).-Киев: Общество "Знание" Украины, 1994 г.- С.36-37.

5. Майстренко A.D, Дудник А.Н. Высокотемпературная поточная газификация угля типа АШ/Разработка новых угольных технологий для нужд энергетики: Тез. докл. семинара. (Киев, декабрь, 1994).- Киев: Общество "Знание" Украины, 19Э4 г.- C.I2-I4.

6. Дудник А.Н. Усовершенствование процесса автотермической высокотемпературной газификации угля/Проблемы энергосбережения.- 1990,

*9,-С.76-81.

7. Дудник А.Н. Оценка возможности углекисиютно-кислородной газификации каменных углей в кипящем слое/Разработка новых угольных технологий для нужд энергетики: Тез. докл. семинара (Киев, декабрь, 1994 г.).-Киев: Общество "Знание" Украины,1994 г.- С.20-21.

8. Проекты парогазовых установок с внутрицикловой газификацией угля/ Ю.П.Корчевой, А.Ю.Майстренко, А.Н.Дудник, С.В.Яцкевич//Энергетака и электрификация.-1994, С.34-38.

9. Газификация каменных углей Донбасса в ЦКС/А.Ю.Майстренко, Н.В.Чернявский, А.Н.Дудник, А.И.Росколупа, В.С.Соболев// Энергетика и электрификация.- 1995, J62.-C.I-4.

10. Оценка условий стабильного горения высокозольного АШ в факельных котлоагрегатах с жидким шлакоудалением/А.Ю.Майстренко, НЗЛе^нявский.^А.Н.Дудник и др.//Энергетика и электрификация.-

11. О высокотемпературной газификации углей АШ в реакторе со спут-ными потоками/В.А.Волковинский, Д.Я.Дудко, А.Н.Дудник, Н.В.Чернявский//Научные основы создания энергосберегающей техники и технологий: Тез. докл. Всесоюзной конф. (Москва, нояб.1990). - М.: МЭИ, 1990. - 0.92-94.

12. Экспериментальные и промышленные поточные установки высокотемпературной газификации пылевидного угля/ В.А.Волковинский, Д.Я.Дудко, А.Н.Дудник. - Киев, 1990. - 36 с. - (Препринт/АН УССР ин-т пробл. энергосбережения; 90-10).

13. Математическая модель процесса термической переработки одиночных частиц твердого топлива/В.П.Пацков, А.Н.Дудник, А.А.Анищенко, Г.Ф.Крнецов//Инженерно-физический журнал.-1995.-том 68, #1.14. Математическая модель, алгоритм и программа расчета динамических режимов процесса парокислороднои газифгкации шлеугольного топлива в реакторе ГСП/В.П.Пацков, А.Н.Дудник, В.А.Наумов и

др.//Твердотопливные энергетические технологии: Тез. докл. научн.-техн. семинара. Клев: Общество "Знание", 1992 г.- С.1-2.

ОБОЗНАЧЕНИЯ, использованные в тексте автореферата: }1, о - количество атомов водорода и кислорода; С18Нь0о - формула угля;

•ео - коэффициент расхода кислорода на горение;

А.0 - показатель общего избытка воздуха на установку;

vao, vaп - показатели, отражающие соотношение кислорода,

влаги и азота в дутье;

V - показатель, отражающий содержание влаги в угле; а - показатель образования СО; р - показатель образования т] - степень конверсии углерода; С - оставшийся в золе углерод;

аС0 ' ан~сГ константа реакционного газообмена при реагировании

2 ^ кокса АШ с С02 и Н^О; Т - температура частицы, К; 0М - тепловой эффект реакции, кДж/моль;

К (Тдц) «константа равновесия реакции водяного сдвига на выходе из газификатора.

Dudnik A.N. Gasification of energy coal* in fluidized bed and entrained flow with solid particles circulation.

Thesis for Ph. D. Degree in technical sciences by speciality 05.14.04 - industrial thermal energetics, Institute of Gas, National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev, 1995.

15 scientific worics containing theoretical and experimental investigations on gasification of basic energy coals of Ukraine, selection of gasification method depending on coal methamorphism degree and experimental results are the subject to defence. According to the obtained results, gasification with solid particles circulation is a preferable way to utilize Ukrainian high ash coals. Reaction rate constants for anthracite culm (AC) were determined. It was determined that because of low reactivity of AC its gasification should be performed in two stages in entrained flow with oxygen blow. As to high reactivity coal (bituminous-type coal), the necessity to use an air-blown circulating fluidized bed (CFB) gasifier with coke residue afterburning is reasonable. Considering the experimental results and calculations, technical asiqument for design of 8.5 MW CFB pilot plant for bituminous coal gasification in pressurized circulating fluidized bed (PCFB) was composed. Technical recommendations for scheme of two-stage entrained flow AC gasification plant with thermal capacity 10 MW were defined. Technical proposals on demonstration plants based on CCWQj and air gasification with thermal capacity SO MW each were developed. Technical characteristics of the above mentioned plants are given

Подписано к печати //. 0?. Формат 60x84/16

Бумага офсетная Усл.-печ. лист, <0,Уч.-изд. лист Тираж 100. Заказ 321.

Попигряф. уч-к Института электродинамики АН Украины, 252057, Киев-57, проспект Победи, 56.