Численное исследование режимов газификации угля и биомассы в поточном газогенераторе с парокислородным дутьем

Игорь Геннадьевич Донской

Аннотация


Процесс газификации биомассы (древесной, сельскохозяйственной и т. д.) может быть неустойчивым из-за низкой теплоты сгорания, а также сопровождаться образованием значительного количества смолы. Поэтому добавление угля способствует повышению эффективности переработки биомассы.
С другой стороны, высокая реакционная способность биомассы может способствовать стабилизации режимов горения и газификации низкореакционных топлив, таких как угли высокой степени метаморфизма или коксовые остатки нефтепереработки. Совместная газификация топлив с существенно отличающимися свойствами не только смещает оптимальные режимы работы газогенератора (по удельному расходу окислителя и условиям шлакования), но и существенно влияет на процессы, связанные с подготовкой горючего газа к использованию в камере сгорания или каталитическом реакторе. В работе проведено численное исследование стационарных режимов газификации угольной пыли с добавлением биомассы в поточном газогенераторе с парокислородным дутьем. Получены расчетные зависимости эффективности процесса от управляющих параметров: доли биомассы в смеси с углем и удельного расхода кислорода.


Ключевые слова


газификация; уголь; биомасса; численное моделирование

Полный текст:

PDF

Литература


De S., Agarwal A.K., Moholkar V.S., Thallada B. (eds.) Coal and Biomass Gasification. Recent Advances and Future. Springer, 2018. 524 p. DOI: 10.1007/978-981-10-7335-9

Wang T., Stiegel G. (Eds.) Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) Technologies. Woodhead Publ., 2017. 929 p. DOI: 10.1016/B978-0-08-100167-7.00001-9

Van der Drift B. Biomass gasification in the Netherlands. ECN-E-13-032. Petten: ECN, 2013. 33 p.

Sofia D., Llano P.C., Giuliano A., Hernandez M.I., Pena F.G., Barletta D. Co-Gasification of Coal-Petcoke and Biomass in the Puertollano IGCC Power Plant. Chemical Engineering Research and Design, 2014, vol. 92,

pp. 1428–1440. DOI: 10.1016/j.cherd.2013.11.019

Thattai A.T., Oldenboek V., Schoenmakers L., Woudstra T., Aravind P.V. Experimental Model Validation and Thermodynamic Assessment on High Percentage (up to 70%) Biomass Co-Gasification at the 253 MWe In-tegrated Gasification Combined Cycle Power Plant in Buggenum, The Netherlands. Applied Energy, 2016, vol. 168, pp. 381–393. DOI: 10.1016/j.apenergy.2016.01.131

Ali D.A., Gadalla M.A., Abdelaziz O.Y., Hulteberg C.P., Ashour F.H. Co-Gasification of Coal and Biomass Wastes in an Entrained Flow Gasifier: Modelling, Simulation and Integration Opportunities. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 2017, vol. 37, pp. 126–137. DOI: 10.1016/j.jngse.2016.11.044

Jeong H.J., Hwang I.S., Park S.S., Hwang J. Investigation on Co-Gasification of Coal and Biomass in Shell Gasifier by Using a Validated Gasification Model. Fuel, 2017, vol. 196, pp. 371–377. DOI: 10.1016/j.fuel.2017.01.103

Kobayashi N., Suami A., Itaya Y. Co-Gasification Behaviour of Woody Biomass and Coal in an Entrained Down-Flow Gasifier. Journal of Chemical Engineering of Japan, 2017, vol. 50, no. 11, pp. 862–870. DOI: 10.1252/jcej.16we266

Fang X., Jia L. Experimental Study on Ash Fusion Characteristics of Biomass. Bioresource Technology, 2012, vol. 104, pp. 769–774. DOI: 10.1016/j.biortech.2011.11.055

Mallick D., Mahanta P., Moholkar V.S. Co-Gasification of Coal and Biomass Blends: Chemistry and En-gineering. Fuel, 2017, vol. 204, pp. 106–128. DOI: 10.1016/j.fuel.2017.05.006

Long III H.A., Wang T. Parametric Techno-Economic Studies of Coal/Biomass Co-Gasification for IGCC Plants with Carbon Capture Using Various Coal Ranks, Fuel-Feeding Schemes, and Syngas Cooling Meth-ods. International Journal of Energy Research, 2016, vol. 40, no. 4, pp. 473–496. DOI: 10.1002/er.3452

Донской И.Г. Математическое моделирование реакционной зоны газогенератора типа Shell-Prenflo с помощью моделей последовательных равновесий. Химия твердого топлива. 2016. № 3. С. 54–59. [Donskoi I.G. Mathematical Modeling of the Reaction Zone of a Shell-Prenflo Gasifier with the Use of the Models of Se-quential Equilibrium. Solid Fuel Chemistry, 2016, vol. 50, no. 3, pp. 191–196.] DOI: 10.3103/S0361521916030034

Gazzani M., Manzolini G., Macchi E., Ghoniem A.F. Reduced Order Modeling of the Shell-Prenflo En-trained Flow Gasifier. Fuel, 2013, vol. 104, pp. 822–837. DOI: 10.1016/j.fuel.2012.06.117

Tremel A., Spliethoff H. Gasification Kinetics during Entrained flow Gasification. Part III: Modelling and Optimization of Entrained Flow Gasifiers. Fuel, 2013, vol. 107, pp. 170–182. DOI: 10.1016/j.fuel.2013.01.062

Hwang M., Song E., Song J. One-Dimensional Modeling of an Entrained Coal Gasification Process Using Kinetic Parameters. Energies, 2016, vol. 9, article no. 99, 21 p. DOI: 10.3390/en9020099

Дектерев А.А., Осипов П.В., Чернецкий М.Ю., Рыжков А.Ф. Влияние скорости предварительного нагрева угольной пыли на реакционную способность коксового остатка. Химия твердого топлива. 2017.

№ 1. С. 21–27. [Dekterev A.A., Osipov P.V., Chernetskiy M.Y., Ryzhkov A.F. Effect of the Rate of Pulverized Coal Preheating on Char Reactivity. Solid Fuel Chemistry, 2017, vol. 51, no. 1, pp. 17–23.] DOI: 10.3103/S0361521917010037

Козлов А.Н., Свищев Д.А., Худякова Г.И., Рыжков А.Ф. Кинетический анализ термохимической конверсии твердых топлив (обзор). Химия твердого топлива. 2017. № 4. С. 12–21. [Kozlov A.N., Svishchev D.A., Khudiakova G.I., Ryzhkov A.F. A Kinetic Analysis of the Thermochemical Conversion of Solid Fuels (A Review). Solid Fuel Chemistry, 2017, vol. 51, no. 4, pp. 205–213.] DOI: 10.3103/S0361521917040061

Kaganovich B.M., Keiko A.V., Shamansky V.A. Equilibrium Thermodynamic Modeling of Dissipative Macroscopic Systems. Advances in Chemical Engineering, 2010, vol. 39, no. C, pp. 1–74. DOI: 10.1016/S0065-2377(10)39001-6

Pajarre R., Koukkari P., Kangas P. Constrained and Extended Free Energy Minimisation for Modelling of Processes and Materials. Chemical Engineering Science, 2016, vol. 146, pp. 244–258. DOI: 10.1016/j.ces.2016.02.033

Ding L., Zhang Y., Wang Z., Huang J., Fang Y. Interaction and Its Induced Inhibiting or Synergistic Ef-fects during Co-Gasification of Coal Char and Biomass Char. Bioresource Technology, 2014, vol. 173, pp. 11–20. DOI: 10.1016/j.biortech.2014.09.007

Tchapda A.H., Pisupari S.B.V. A Review of Thermal Co-Conversion of Coal and Biomass/Waste. Ener-gies, 2014, vol. 7, pp. 1098–1148. DOI: 10.3390/en7031098

Svishchev D.A., Kozlov A.N., Donskoy I.G., Ryzhkov A.F. A Semi-Empirical Approach to the Thermody-namic Analysis of Downdraft Gasification. Fuel, 2016, vol. 168, pp. 91–106. DOI: 10.1016/j.fuel.2015.11.066

Seggiani M. Modelling and Simulation of Time Varying Slag Flow in a Prenflo Entrained-Flow Gasifier. Fuel, 1998, vol. 77, no. 14, pp. 1611–1621. DOI: 10.1016/S0016-2361(98)00075-1

Biagini E. Study of the Equilibrium of Air-Blown Gasification of Biomass to Coal Evolution Fuels. Energy Conversion and Management, 2016, vol. 128, pp. 120–133. DOI: 10.1016/j.enconman.2016.09.068

Roberts, D.G., Harris D.J., Tremel A., Ilyushechkin A.Y. Linking Laboratory Data with Pilot Scale En-trained Flow Coal Gasification Performance. Part 2: Pilot Scale Testing. Fuel Processing Technology, 2012,

vol. 94, no. 1, pp. 26–33. DOI: 10.1016/j.fuproc.2011.10.011




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/power180302

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.