Влияние добавок водяного пара и диоксида углерода на характеристики процесса кислородной газификации пылеугольного топлива

Игорь Геннадьевич Донской

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.


Ключевые слова


газификация угольной пыли; высокотемпературные процессы; математическое моделирование

Литература


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. DOI: 10.1134/S002311771902004X

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

Рыжков А.Ф., Филиппов П.С., Богатова Т.Ф. Анализ работы парогазовых установок с внутрицикловой газификацией. – Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2019. – 168 с.

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

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

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

Донской И.Г. Математическое моделирование реакционной зоны газогенератора типа Shell-Prenflo с помощью моделей последовательных равновесий // Химия твердого топлива. – 2016, № 3. – С. 54–59. DOI: 10.7868/S0023117716030038

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




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/power210102

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.