Введение
1. Анализ технологических процессов термической переработки и газификации угля
1.1. Термическая переработка угля 14
1.1.1. Тенденции термической переработки угля 15
1.1.2. Повышение производительности 18
1.2. Газификация угля 19
1.2.1. Динамика развития технологий газификации угля 19
1.2.2. Типы современных промышленных газификаторов 22
1.2.3. Тенденции развития технологий газификации угля 31
1.2.4. Методы интенсификации процессов тепло-и массообмена 33
1.3. Перспективные технологии и разработки 38
1.3.1. Энергетические газогенераторные установки 3 9
1.3.2. Газогенераторы для двигателей внутреннего сгорания 42
1.3.3. МЕЕТ-технология 43
1.3.4. Другие технологии 45
1.3.5. Требования к перспективным технологиям 46
1.4. Слоевая газификация угля с использованием обратного дутья 46
1.4.1. Эффект "обратной тепловой волны" 47
1.4.2. Другие явления, аналогичные "обратной тепловой волне" 49
1.4.3. Преимущества и недостатки слоевой газификации с обратным s. дутьем
1.5. Численные методы исследования тепло- и массообмена при слоевой газификации угля
1.5.1. Основные положения 56
1.5.2. Механизм взаимодействия углерода с газами 57
1.5.3. Математическое моделирование газификации отдельной частицы угля
1.5.4. Математические модели тепло-и массообмена в слоевых 66
газификаторах
Выводы к разделу 1 69
2. Численное моделирование процессов тепло- и массообмена при слоевой газификации угля
2.1. Физическая модель взаимодействия угольных частиц и потока газа 70
2.2. Математическая модель слоевого газификатора 71
2.2.1. Проблема неизотермичности частиц в реакционной зоне 71
2.2.2. Эффективная теплопроводность твердой фазы 77
2.2.3. Математическая модель выхода летучих 79
2.2.4. Скорость гомогенного реагирования 80
2.2.5. Скорость гетерогенного реагирования 81
2.2.6. Математическая модель газовой фазы 84
2.3. Начальные и граничные условия 86
2.4. Аппроксимация уравнений и алгоритм решения 87
2.5. Параметрическое исследование математической модели 95
2.5.1. Параметрический анализ 96
2.5.2. Влияние дискретизации на численное решение 100
2.5.3. Влияние высоты слоя 102
2.5.4. Реактор идеального смешения 103
2.5.5. Влияние метода расчета газофазного реагирования на общее время счета
2.5.6. Оценка роли гетерогенного реагирования 105
2.6. Оценка адекватности математической модели 109
2.6.1. Зависимость концентраций реагирующих веществ в продуктовом газе от расхода дутья
2.6.2. Профили температуры слоя по высоте реактора 113
2.6.3. Интегральные параметры 116
2.6.4. Численное моделирование эксперимента № 5 117
Выводы к разделу 2 120
3. Экспериментальное исследование процессов тепло- и массообмена при слоевой газификации угля
3.1. Методика проведения экспериментов и обработка первичных данных 122
3.1.1. Описание экспериментального стенда 123
3.1.2. Динамика состава продуктового газа 125
3.1.3. Определение профиля температуры слоя 128
3.2. Расчет параметров "обратной тепловой волны" 130
3.2.1. Удельная производительность газификатора в эксперименте 130
3.2..2 Скорость "обратной тепловой волны" 130
3.2.3. Ширина фронта 131
3.2.4. Скорость нагрева слоя 132
3.2.5. Состав продуктового газа 133
3.3. Основные закономерности "обратной тепловой волны" 140
Выводы к разделу 3 144
4. Методы интенсификации процессов тепло-и массообмена 145
4.1. Особенности слоевой газификации с обратным дутьем 145
4.2. Возможные способы интенсификации процессов тепло- и массообмена и ограничения на их использование
4.3. Расчетное исследование 149
4.3.1. Обогащенное кислородом дутье 151
4.3.2. Рециркуляция части продуктового газа 154
4.3.3. Добавка метана к дутью 156
4.3.4. Подогрев дутья 158
4.3.5. Расчет критических расходов дутья 159
4.4. Экспериментальное исследование процессов тепло- и массообмена при обогащении дутья кислородом
4.5. Анализ результатов и практические рекомендации 161
4.6. Оценка самовоспламенения дутья 167 Выводы к разделу 4 168
Заключение 170
Основные обозначения 172
Литература 175
