Методика расчета и анализ аппаратов для газификации твердого топлива в кипящем слое под давлением Часть I. Математическая модель
Разработана математическая модель аэродинамики, тепломассообмена и химического реагирования твердого топлива, предназначенная для расчета зон горения и газификации реактора с псевдоожиженным слоем под давлением. Методика позволяет оперативно оценить основные параметры рабочего процесса в реакторе пр...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Datum: | 2009 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2009
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60691 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Методика расчета и анализ аппаратов для газификации твердого топлива в кипящем слое под давлением Часть I. Математическая модель / Б.Б. Рохман, Л.А. Кесова, Л.Б. Шамис // Промышленная теплотехника. — 2009. — Т. 31, № 1. — С. 28-35. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860130760789327872 |
|---|---|
| author | Рохман, Б.Б. Кесова, Л.А. Шамис, Л.Б. |
| author_facet | Рохман, Б.Б. Кесова, Л.А. Шамис, Л.Б. |
| citation_txt | Методика расчета и анализ аппаратов для газификации твердого топлива в кипящем слое под давлением Часть I. Математическая модель / Б.Б. Рохман, Л.А. Кесова, Л.Б. Шамис // Промышленная теплотехника. — 2009. — Т. 31, № 1. — С. 28-35. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | Разработана математическая модель аэродинамики, тепломассообмена и химического реагирования твердого топлива, предназначенная для расчета зон горения и газификации реактора с псевдоожиженным слоем под давлением. Методика позволяет оперативно оценить основные параметры рабочего процесса в реакторе при работе котла на различных нагрузках.
Розроблено математичну модель аеродинаміки, тепломасообміну й хімічного реагування твердого палива, призначену для розрахунку зон горіння й газифікації реактора із псевдозрідженим шаром під тиском. Методика дозволяє оперативно оцінити основні параметри робочого процесу в реакторі при роботі котла на різних навантаженнях.
The mathematical model of aerodynamics, heat and mass transfer, and chemical reaction of solid fuel for calculation of the zones of burning and gasification in a reactor with fluidized bed under pressure is developed. The procedure enables one to estimate operatively the key parameters of working process in the reactor for different boiler loadings.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:44:24Z |
| format | Article |
| fulltext |
28 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 1
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА
Розроблено математичну модель ае:
родинаміки, тепломасообміну й хімічно:
го реагування твердого палива, призна:
чену для розрахунку зон горіння й
газифікації реактора із псевдозрідже:
ним шаром під тиском. Методика дозво:
ляє оперативно оцінити основні пара:
метри робочого процесу в реакторі при
роботі котла на різних навантаженнях.
Разработана математическая мо:
дель аэродинамики, тепломассообмена
и химического реагирования твердого
топлива, предназначенная для расчета
зон горения и газификации реактора с
псевдоожиженным слоем под давлени:
ем. Методика позволяет оперативно
оценить основные параметры рабочего
процесса в реакторе при работе котла
на различных нагрузках.
The mathematical model of aerody:
namics, heat and mass transfer, and chemi:
cal reaction of solid fuel for calculation of
the zones of burning and gasification in a
reactor with fluidized bed under pressure
is developed. The procedure enables one
to estimate operatively the key parameters
of working process in the reactor for diffe:
rent boiler loadings.
УДК 532.529: 662.62
РОХМАН Б.Б.1,
КЕСОВА Л.А.2, ШАМИС Л.Б.3
1Институт угольных энерготехнологий НАН и Минтопэнерго Украины
2Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”
3ОАО “Киевский институт “Энергопроект””
МЕТОДИКА РАСЧЕТА И АНАЛИЗ АППАРАТОВ ДЛЯ
ГАЗИФИКАЦИИ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В КИПЯЩЕМ
СЛОЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
ЧАСТЬ I. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
Ar, Re, Nu, Pr – числа Архимеда, Рейнольдса,
Нуссельта, Прандтля;
Ad, Vd – доли золы и летучих в твердом топливе
(на сухую массу);
a – степень черноты;
B – расход твердой фазы;
C – концентрация;
c – теплоемкость;
D – коэффициент диффузии;
– коэффициент диффузии кислорода в
газовую смесь в зоне горения;
db – внутренний диаметр реактора;
dиз – внешний диаметр изоляции;
de – внешний диаметр реактора;
E – энергия активации;
f – сечение;
G – расход газа;
g – ускорение свободного падения;
H – высота;
– высота слоя в зоне газификации при ε = εmin;
k – константа скорости реакции;
k0 – предэкспоненциальный множитель;
L – коэффициент избытка воздуха;
m – масса твердого вещества в псевдоожиженном
слое;
P – давление;
Q – тепловые эффекты химической реакции;
– тепловой поток на стенку реактора;
– теплота, затраченная на подогрев и
испарение влаги, содержащейся в угле;
R – универсальная газовая постоянная;
r – массовая доля компонента газовой смеси;
t – температура;
u – скорость;
Wr – доля влаги в твердом топливе;
z – продольная координата;
α – коэффициент (тепло) массообмена;
δ – диаметр частицы;
ε – порозность слоя;
η – кинематический коэффициент вязкости;
λ – коэффициент теплопроводности;
μ – молекулярная масса;
ρ – плотность;
σ0 – постоянная Стефана – Больцмана;
2H O,угл
Q
b w
Q →
газ
0b
H
2
гор
O см
D →
Введение и предпосылки
Высокозольные угли, поступающие на элект;
ростанции, по своим характеристикам, как пра;
вило, отличаются от нормативных. Сжигание
таких углей в существующих пылеугольных
котлах требует “подсветки” газом или мазутом,
что препятствует вытеснению жидкого и газооб;
разного топлива из энергетики и ухудшает эко;
логические и экономические показатели котлов.
Более эффективной технологией переработки
высокозольных углей в настоящее время можно
считать сжигание в кипящем слое (КС).
Для термохимической переработки низкосо;
ртных высокозольных твердых топлив предпоч;
тительна технология КС под давлением, которая
позволяет: а) уменьшить габариты установки;
б) повысить коэффициенты теплоотдачи и конс;
танты скоростей химических реакций; в) исполь;
зовать топки КС под давлением в комбинирован;
ных парогазовых циклах.
Однако, несмотря на большой опыт промыш;
ленного использования устройств с КС и значи;
тельное число работ, посвященных данной теме,
удовлетворительной теории процессов переноса
в КС не существует. Это объясняется сложностью
аэродинамических и физико;химических про;
цессов в подобных устройствах. Между тем в ус;
ловиях роста производительности проектируе;
мых и строящихся топок КС разработка надеж;
ных методов расчета процессов переноса в топках
КС приобретает первостепенное значение.
На рис. 1 приведена принципиальная схема
пилотной установки для газификации твердого
топлива в КС под давлением на Зуевской экспе;
риментальной ТЭЦ, разработанная Научно;ис;
следовательским институтом теплоэнергетики
(НЦИТЭ) УГПО “Энергопрогресс” Минтоп;
энерго Украины. Основным элементом установки
является реактор;газификатор 12, где происхо;
дит термохимическая переработка твердого топ;
лива. Условно объем газификатора можно разде;
лить на четыре части: надслоевое пространство,
зоны горения, газификации и охлаждения шла;
ка. Подача исходного угля в КС осуществляется в
несколько этапов: вначале при атмосферном дав;
лении заполняется бункер;накопитель 6; затем
при закрытых клапанах 2 и 3 в нем устанавлива;
ется давление, равное давлению в газификаторе;
после чего открывается клапан 3 и исходное топ;
ливо последовательно подается в расходный бун;
кер 7, а потом в реактор;газификатор 12. Воздух
после воздуходувки 19 делится на два потока.
Первый (холодный воздух) непосредственно
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 1 29
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА
– количество кислорода, сгоревшего в КС.
Индексы нижние:
air – воздух;
b – кипящий слой;
C – углерод;
CO – окись углерода;
CO2 – двуокись углерода;
con – кондуктивно;конвективный теплообмен;
D – диффузия;
e – выходное сечение КС;
F – фиктивный;
g – газ;
H2O – водяной пар (вода);
H2 – водород;
m – среднее значение;
min – минимальное значение;
N2 – азот;
O2 – кислород;
p – частица;
rad – теплообмен излучением;
Т – теплообмен между частицей и слоем таких же
частиц по размеру;
w – стенка;
зл – зола;
из – изоляция;
лет – летучие;
прих – теплота, поступившая (выделившаяся) в КС;
слив – сливная зола (шлак);
угл – уголь;
хим – химические реакции;
I, II, III, IV – номера реакций;
* – входное сечение КС.
Индексы верхние:
col – холодный;
hit – горячий;
0 – нормальные условия;
Ω – доля водяного пара, прореагировавшего в
зоне газификации;
гор – зона горения;
газ – зона газификации.
2O ,b
GΔ
30 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 1
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА
Рис. 1. Схема установки для газификации твердого топлива в кипящем слое под давлением:
1 – приемный ковш угля; 2 – 5 – отсекающие клапаны; 6, 7 – бункер�накопитель и расходный бункер
топлива; 8 – 11 – питатели; 12 – реактор�газификатор; 13 – питатель�дробилка;
14, 15 – промежуточный и зольный бункеры; 16 – циклон; 17 – камера сгорания; 18 – клапан
редукционный; 19 – воздуходувка; 20 – горячий воздух; 21 – H2O; 22 – футеровка;
23 – воздухоподогреватель; 24, 25 – линии выравнивания давления между зольным и основным
бункерами твердого топлива.
поступает во входное сечение зоны охлаждения,
а второй, пройдя через воздухоподогреватель 23,
разделяется на две части: одна из них подается в
камеру сгорания 17, другая – во входное сечение
зоны горения. Туда же по трубопроводу 21 подво;
дится вода. Запыленный синтетический газ из
надслоевого пространства поступает в циклон 16,
где происходит отделение газа от пыли. Пыль че;
рез опускной стояк отводится в промежуточный
бункер 14, а синтетический газ направляется в
камеру сгорания 17, после чего продукты сгора;
ния охлаждаются в воздухоподогревателе 23 и че;
рез дроссельный клапан 18 сбрасываются в ды;
мовую трубу. Образовавшийся шлак из зоны
горения поступает в зону охлаждения, а затем в пи;
татель;дробилку 13, и далее в промежуточный бун;
кер 14. В зольном бункере 15 при закрытых клапа;
нах 4 и 5 устанавливается давление, равное
давлению в газификаторе 12, после чего открывает;
ся клапан 4 и шлак подается в зольный бункер 15.
Вывод шлака из системы осуществляется питателем
11 после сброса избыточного давления в бункере 15.
Для разогрева газового тракта установки
включается воздуходувка и зажигается газовая
горелка на одной из фурм подачи газового дутья.
Газовый тракт нагревается до уровня воспламе;
нения твердого топлива, что соответствует повы;
шению температуры футеровки реактора;гази;
фикатора до 1000 оС. Реактор;газификатор
охлаждается проточной технической водой, кото;
рая проходит сквозь зазор между внешними сло;
ями футеровки и корпуса газификатора (рис. 1).
Математическая модель зоны охлаждения
подробно описана в работе [1]. В настоящей ра;
боте приводится методика расчета зон горения и
газификации реактора;газификатора, построен;
ная главным образом на использовании балансо;
вых уравнений (балансы массы и энергии), т.е.
задача рассматривается в “нуль;мерной” поста;
новке. Исключение сделано для химических ре;
акций горения и газификации, кинетика кото;
рых рассчитывается в одномерной постановке,
т.е. учитывается изменение расходов реагирую;
щих веществ по высоте КС.
Предлагаемая методика базируется на следую;
щих основных предпосылках: 1) твердая фаза
распределена равномерно по всему слою, а газ
движется в режиме идеального вытеснения;
2) процесс стационарный; 3) газовая смесь состо;
ит из кислорода, окиси и двуокиси углерода, азо;
та, водяного пара и водорода; 4) дисперсная фа;
за в КС – монодисперсные сферические
коксозольные частицы; 5) стехиометрическая
схема реакций включает в себя три гетерогенных
реакции: (I) C + 0,75O2 = 0,5CO2 + 0,5CO,
(II) C + CO2 = 2CO, (III) C + H2O = CO + H2 и
одну гомогенную реакцию (IV) H2 + 0,5O2 = H2O,
скорость которой существенно выше скорости
гетерогенной реакции C + H2O = CO + H2. При;
нимается, что весь водород, образующийся по
реакции C + H2O = CO + H2, сгорает вблизи по;
верхности коксозольной частицы; 6) для описа;
ния процесса горения топливных частиц в плот;
ной фазе используется модель “сжимающегося
ядра”, в которой горение происходит на поверх;
ности частиц; 7) КС условно разбивается на две зо;
ны: в нижней части КС происходит горение, а в
верхней – газификация; 8) лимитирующей стадией
процесса горения является диффузия, а газифика;
ции – химическая кинетика; 9) концентрация угле;
рода осредняется по всему объему КС; 10) темпера;
тура частиц в зоне газификации равна температуре
газа; 11) на выходе из реактора;газификатора (пос;
ле зоны горения) количество углерода в шлаке пре;
небрежимо мало (механический недожог не учиты;
вается); 12) на верхней границе зоны газификации
происходит мгновенный прогрев и выход летучих
из частиц исходного угля, а твердый остаток гази;
фицируется в реакторе;газификаторе. При этом ле;
тучие не участвуют в процессе газификации; 13) в
надслоевом пространстве реактора;газификатора
происходит смешение генераторного газа, полу;
ченного из коксозольных частиц, с летучими.
Алгоритм расчета основан на построении итера;
ционных процессов и применения метода стрельбы
(проб и ошибок), поскольку значения ряда величин
задаются предварительно, а затем проверяются,
удовлетворяют ли они соответствующим условиям
(соотношениям). При необходимости вводятся но;
вые значения этих величин, и расчет повторяется до
достижения требуемой точности.
Основные уравнения
Расходные характеристики для газовой фазы
на входе в КС определяются из соотношений:
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 1 31
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА
; ; (1)
; ; ; (2)
; ;
; ; (3)
; , (4)
а ее плотность –
. (5)
Средние значения скорости и плотности несу;
щей среды в псевдоожиженном слое рассчитыва;
ются по формулам:
; , (6)
где
; (π = *, e); (7)
; ;
(j = N2, H2O, CO, H2, O2 , CO2). (8)
Аэродинамические характеристики КС вы;
числяются согласно выражениям [2]:
; ;
. (9)
Как отмечалось выше, рассматривается слу;
чай, когда лимитирующей стадией процесса га;
зификации является химическая кинетика гете;
рогенных реакций C + CO2 = 2CO и C + H2O =
= CO + H2. Константы скоростей указанных
реакций находятся по закону Аррениуса [3]:
, (10)
где j = H2O, CO2; τ = зона горения, зона газификации.
Лимитирующей стадией процесса горения яв;
ляется диффузия кислорода к поверхности горя;
щих частиц. Поэтому, прежде всего, необходимо
определить коэффициент массообмена в зоне го;
рения. Для этого находятся коэффициенты вза;
имной диффузии кислорода с другими компо;
нентами газовой смеси [4]:
;
(j = N2, H2O, CO, CO2), (11)
средний расход газов в зоне горения
; ;
(j = N2, H2O, O2, CO, CO2), (12)
коэффициент диффузии кислорода в газовую
смесь [4]
; , (13)
диффузионное число Нуссельта
, (14)
искомый коэффициент массообмена в зоне горе;
ния [4]
. (15)
Интегрирование уравнения неразрывности
для двуокиси углерода приводит к следующему
соотношению для изменения ее расхода в зоне
газификации:
2
гор гор
гор
,
Nu
O см D
D
p b
D →α =
δ
гор 0,52 0,33
Nu 2 0,51Re Pr
D b g
= +
гор гор гор
/
jm jm m
r G G=
2 2
гор4
гор гор
гор
1
(1 ) /
jm
O см O m
i j
r
D r
D
→
=
= − ∑
гор гор
( ) / 2
jm je j
G G G ∗= +
5
гор гор
1
m jm
j
G G
=
= ∑
1,75гор,0
гор
273
273
gj
j
g
tD
D
P
+⎛ ⎞
= ⎜ ⎟
⎝ ⎠
,
0
exp / (( 273) )
p b
j j j p
F
k k E t Rτ τδ
⎡ ⎤= − +⎣ ⎦δ
0,21
Re (18 0,372Re )
b b
b
Ar
⎡ ⎤+
ε = ⎢ ⎥
⎣ ⎦
,
Re
g p b
b
g
mu δ
=
η
3
,
2
( )
Ar
p b p gm
b
g gm
gδ ρ − ρ
=
η ρ
/
je je e
r G G=
6
0
1
273 / (273 )
ge j je g g
j
r P t
=
ρ = ρ +∑
/ (3600 )
g b g
u G fπ π π= ρ
( ) / 2
gm g ge∗ρ = ρ + ρ( ) / 2
gm g ge
u u u∗= +
2 2 2 2 2 2
0 0 0
H O H O O O N N
273( ) / (273 )
g g g
r r r P t∗ ∗ ∗ ∗ρ = ρ + ρ + ρ +
2 2N N
/r G G∗ ∗ ∗=
2 2N Oair
G G G∗ ∗ ∗= −
2 2O O
/r G G∗ ∗ ∗=
2 2 2O O O ,e b
G G G∗= − Δ
2 2O , O
/
b
G G L∗Δ =
2O
0,23
air
G G∗ ∗=
col hit
air air air
G G G∗ ∗ ∗= −hit hit
air air air
G r G∗ ∗=
2H Oair
G G G∗ ∗ ∗= −
2 2 2H O H O H O
(1 )
e
G G r Ω
∗= −
2 2H O H O
G r G∗ ∗ ∗=
32 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 1
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА
, (16)2 2 2
2 2
1,539
газ газ 0,65 0,65
C CO CO COгаз гор 0,65
CO CO
,
3,9 (1 ) (3600 )
ln ( )
b F gm b
e e
gm p b
C k H C u f
G G
u
⎡ ⎤− ε μ
= −⎢ ⎥
δ⎢ ⎥⎣ ⎦
где высота зоны газификации в рабочем состоя;
нии вычисляется по формуле [2]
; (17)
концентрация углерода в частицах КС рассчиты;
вается из выражения
. (18)
Далее определяются расходы газовых компо;
нентов в различных зонах.
Зона горения. Расходы окиси и двуокиси угле;
рода, водорода, образовавшихся по реакциям
C + H2O = CO + H2 и C + 0,75O2 = 0,5CO2 + 0,5CO
находятся из выражений
;
; (19)
; (20)
; ; (21)
количество кислорода, участвовавшего в реакциях
H2 + 0,5O2 = H2O и C + 0,75O2 = 0,5CO2 + 0,5CO,
вычисляется по формулам:
; . (22)
Затем определяется суммарный расход окиси
углерода на выходе из зоны горения
, (23)
что дает возможность найти расход газовой сме;
си на выходе из этой зоны
. (24)
Зона газификации. Количество двуокиси угле;
рода, участвовавшей в реакции C + CO2 = 2CO,
рассчитывается, исходя из выражения:
, (25)
а выход окиси углерода по той же реакции – по
формуле
. (26)
Далее вычисляется количество водяного пара,
прореагировавшего по реакции C + H2O = CO + H2:
(27)
и выход газообразных продуктов по той же реакции
; , (28)
а также суммарное количество окиси углерода,
образовавшейся в зоне газификации:
, (29)
на выходе из КС
, (30)
что позволяет найти расход газовой смеси на выхо;
де из псевдоожиженного слоя (без учета летучих)
;
; . (31)
Высота зоны горения определяется из выраже;
ния, которое получается путем интегрирования
дифференциального уравнения неразрывности
для кислорода в интервале 0 < z < :
; ;
, (32)
где концентрации кислорода на входе и выходе
из зоны горения вычисляются по формулам
;
. (33)
Для расчета температуры частиц в этой зоне
используется уравнение для “равновесной” тем;
пературы твердой фазы [2]
2 2 2O O O
/ (3600 )
b gm
C G f u∗ ∗= μ
2 2 2
гор гор
O O O
/ (3600 )
e e b gm
C G f u= μ
гор
С
2
,
6(1 )
D
gm p b
C
A
u
− ε α
=
δ
2 2 2
гор 0,65 гор 0,35
H O H O H O
1
( )
2
F
k C C
A =
2
2
гор гор
1
гор
1гор
2
ln
D O e
D O
b
C A
C A
H
A
∗
α +
α +
= −
гор
b
H
2 2
газ
CO COe e
G G=
2 2
газ
H H (III)e
G G= Δ
2 2 2 2 2CO N O CO H O He e e e e e
G G G G G G G∗= + + + + +
газ гор
CO CO COe e
G G GΣ= Δ +
газ газ газ
CO CO(III) CO(II)
G G GΣΔ = Δ + Δ
2 2
газ газ
H (III) H O
/ 9G GΔ = Δ2
газ
H Oгаз
CO(III)
14
9
G
G
Δ
Δ =
2 2 2
газ
H O H O H Oe
G G G∗Δ = −
2
газ
COгаз
CO(II)
14
11
G
G
Δ
Δ =
2 2 2
газ гор газ
CO CO COe e
G G GΔ = −
2 2 2 2
гор гор гор
N CO CO O H Oe e e e
G G G G G G∗ ∗= + + + +
гор гор гор
CO CO(I) CO(III)e
G G G= Δ + Δ
2 2 2
гор гор
O (I) O , O (IV)b
G G GΔ = Δ − Δ
2 2
гор гор
O (IV) H (III)
8G GΔ = Δ
2
2
гор
O (I)гор
CO
11
12
e
G
G
Δ
=2
гор
O (I)гор
CO(I)
7
12
G
G
Δ
Δ =
2
гор гор
H (III) CO(III)
/14G GΔ = Δ
2 2 2
гор
H O H O H O
/ (3600 )
b gm
C G f u∗= μ
2 2 2
гор гор 0,35 0,65 гор
H O H O H O C COгор
CO(III)
,
21600 ( ) (1 )
F b b
p b
k C C C H f
G
− ε μ
Δ =
δ
2 2
2 2 2
0,65 0,65
, H O H O
C газ газ 0,65 0,65
H O H O, H O
( )
3,9 (1 ) (3600 )
gm p b e
b F b gm
u G G
C
k H C f u
∗δ −
=
− ε μ
газ газ
0 min
(1 ) / (1 )
b b
H H= − ε − ε
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 1 33
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА
, (34)
где коэффициенты теплообмена излучением и
кондуктивно;конвективного между частицей и
слоем находятся из выражений [2]:
; ; (35)
, (36)
а средняя концентрация кислорода вычис;
ляется по формуле
. (37)
Далее определяется полная высота КС в рабо;
чем состоянии
(38)
и масса твердого вещества в псевдоожиженном
слое [2]
. (39)
Расходные характеристики для твердой фазы в
КС рассчитываются по найденным значениям
, , , и (см. (1), (3),
(20), (25)). Расходы углерода, участвующие в ре;
акциях C + 0,75O2 = 0,5CO2 + 0,5CO, C + CO2 =
= 2CO и C + H2O = CO + H2, вычисляются, исхо;
дя из следующих выражений:
; ;
; , (40)
что позволяет определить суммарное количество
углерода, сгоревшего в КС:
, (41)
расход золы исходного топлива
, (42)
количество летучих в исходном угле
, (43)
расход твердого топлива, поступающего в КС
. (44)
Тепловой поток на стенку реактора находится
согласно выражению [5]:
, (45)
где коэффициенты лучистого и кондуктивно;
конвективного теплообмена от слоя к стенке
определяются по формулам [2, 6]
; (46)
, (47)
температура слоя
,(48)
а коэффициент теплоотдачи от стенки к охлаж;
дающей водяной рубашке [5]
; , (49)
где число Нуссельта при турбулентном течении
воды вычисляется как [5]
, (50)
а число Рейнольдса для кольцевого зазора, где
проходит охлаждающая среда [5]:
. (51)
Количество H2O, подаваемое в псевдоожи;
женный слой, может быть найдено из выражения
, (52)
где количество теплоты, поступившей (выделив;
шейся) в КС, определяется по формуле
прих угл хим(I)
hit col
air air
Q Q Q Q Q= + + + +
2
2
2
прих лет слив H O,угл
H O
H O
(1 )(2274,1 2,33 ) 3322
ge b w
g
Q Q Q Q Q Q
G
r t
→
∗ Ω
− − − − −
=
− + −
2 2 2H O H O H O
Re /u d= Δ η
2 2 2
0,8 0,4 0,18
H O H O H O из
Nu 0,017Re Pr ( / )
e
d d=
из
( )
e
d d dΔ = −
2 2 2H O H O H O
Nu / dα = λ Δ
гор гор газ газ
(1 ) ( )
( )
p b p b p b p b b g g gm
b
b b b b gm
c f H t H t H f c t
t
c m H f
− ε ρ + + ε ρ
=
+ ερ
0,19 0,5 0,33
, ,
0,8 (0,85Ar 0,006Ar Pr ) /
сon w g b b g p b
α = λ + δ
4 4
0
,
( 273) ( 273)
( )(1/ 1/ 1)
b w
rad w
b w b w
t t
t t a a
⎡ ⎤σ + − +⎣ ⎦α =
− + −
2
2
H O,
из
, , из H O из
3600 ( )
1 1 1
ln
( ) 2
b b m
b w
rad w con w b b
H t t
Q
d
d d d
→
π −
=
+ +
α + α λ α
угл зл C летb
B B B G∗ ∗ ∗= + +
C
лет
1
b d
d d
B V
G
A V
∗=
− −
C
зл
1
b d
d d
B A
B
A V
∗
∗ =
− −
газ гор
C C(I) C(II) C(III) C(III)b
B B B B B∗ = + + +
2
гор гор
C(III) H (III)
6B G= Δ2 2H O H Oгаз
C(III)
2( )
3
e
G G
B
∗ −
=
2
газ
CO
C(II)
3
11
G
B
Δ
=2O ,
C(I)
2
b
G
B
Δ
=
2
гор
H (III)
GΔ
2H Oe
G
2H O
G ∗2
газ
CO
GΔ
2O ,b
GΔ
(1 )
b b b p
m f H= − ε ρ
гор газ
b b b
H H H= +
2 2 2
гор гор
O O O
/ (3600 )
m m b gm
C G f u= μ
2
гор
O m
C
гор гор 3
0
7,3 ( 273)
rad b p p
a a tα = σ +
гор 0,33
T
Nu 10 0,23(Ar Pr )
b g
= +
гор
Tгор
,
Nu
g
con
p b
λ
α =
δ
2
гор гор
O (I)гор
гор гор
1,5( )
D m
p g
con rad
C Q
t t
α
= +
α + α
34 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 1
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА
. (53)
В правой части уравнения (53) фигурируют
следующие приходные статьи:
физической теплоты:
; горячего и холодного воздуха
; , (54)
; исходного угля
, (55)
; тепловые эффекты реакций горения
; , (56)
и газификации
; .(57)
В уравнении (52) также присутствуют расход;
ные статьи теплового баланса КС:
; теплота сливной золы
, (58)
; теплота уходящих генераторных газов из зо;
ны газификации и физическая теплота летучих
; , (59)
; теплота, затраченная на подогрев и испаре;
ние влаги, содержащейся в угле
, (60)
а также потери теплоты через стенку реактора .
Вывод
1. Построена «нульмерно;одномерная» ме;
тодика расчета параметров рабочего процесса в
реакторе с кипящим слоем под давлением, осно;
ванная на уравнениях теплового и материального
балансов, выгорания и газификации углерода,
аэродинамики концентрированной дисперсной
системы, а также теплообмена частиц со слоем и
двухфазной среды со стенкой реактора. Методи;
ка требует небольшого объема эмпирической ин;
формации, удобна для реализации на компьюте;
ре и позволяет выбрать экономичный режим
работы котлоагрегата при газификации того или
иного топлива.
2. Приведены результаты расчетов аэродина;
мики, тепломассообмена и химического реагиро;
вания ГСШ в псевдоожиженном слое под давлени;
ем и схема реактора;газификатора, позволяющая
автономно управлять (оптимизировать) процес;
сами горения и газификации твердого топлива.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шрайбер А.А., Рохман Б.Б. О тепловом ре;
жиме охладителя сливной золы кипящего слоя //
Промышленная теплотехника. – 2002. – Т.24,
№ 6. – C. 21 – 24.
2. Баскаков А.П., Лукачевский Б.П., Мухле&
нов И.П. и др. Расчеты аппаратов кипящего слоя.
Справочник. – Л.: Химия, 1986. – 352 с.
3. Майстренко А.Ю. Кинетика взаимодей;
ствия коксов энергетических углей с газами;реа;
гентами CO2 и O2 в кипящем слое под давлением
// Экотехнологии и ресурсосбережение. – 1997. –
№ 3. – С. 3 – 10.
4. Померанцев В.В., Арефьев К.И., Ахмедов Д.Б.
и др. Основы практической теории горения. – Л.:
Энергоатомиздат, 1986. – 312 с.
5. Краснощеков Е.А., Сукомел А.М. Задачник
по теплопередаче. – М.: Энергия, 1980. – 288 с.
6. Махорин К.Е., Хинкис П.А. Сжигание топ;
лива в псевдоожиженном слое. – К: Наукова
думка, 1989. – 204 с.
Получено 15.10.2008 г.
b w
Q →
2
угл угл
H O,угл
(2274,1 2,33 4,186 )
100
r g
r
B W t t
Q
W
∗ + −
=
−
лет лет g g
Q G c t=
2H O
( )
ge e e g g
Q G G c t= −
слив зл зл зл
Q B c t∗=
газ гор
C(III) C(III) (III)
хим(III)
( )
12
B B Q
Q
+
=C(II) (II)
хим(II)
12
B Q
Q =
2
гор
H (III) (IV)
хим(IV)
2
G Q
Q
Δ
=C(I) (I)
хим(I)
24
B Q
Q =
угл угл угл угл
Q B c t∗=
col col col col
air air air air
Q G c t∗=hit hit hit hit
air air air air
Q G c t∗=
хим(II) хим(III) хим(IV)
Q Q Q+ + +
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 1 35
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-60691 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:44:24Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Рохман, Б.Б. Кесова, Л.А. Шамис, Л.Б. 2014-04-19T07:00:14Z 2014-04-19T07:00:14Z 2009 Методика расчета и анализ аппаратов для газификации твердого топлива в кипящем слое под давлением Часть I. Математическая модель / Б.Б. Рохман, Л.А. Кесова, Л.Б. Шамис // Промышленная теплотехника. — 2009. — Т. 31, № 1. — С. 28-35. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60691 532.529: 662.62 Разработана математическая модель аэродинамики, тепломассообмена и химического реагирования твердого топлива, предназначенная для расчета зон горения и газификации реактора с псевдоожиженным слоем под давлением. Методика позволяет оперативно оценить основные параметры рабочего процесса в реакторе при работе котла на различных нагрузках. Розроблено математичну модель аеродинаміки, тепломасообміну й хімічного реагування твердого палива, призначену для розрахунку зон горіння й газифікації реактора із псевдозрідженим шаром під тиском. Методика дозволяє оперативно оцінити основні параметри робочого процесу в реакторі при роботі котла на різних навантаженнях. The mathematical model of aerodynamics, heat and mass transfer, and chemical reaction of solid fuel for calculation of the zones of burning and gasification in a reactor with fluidized bed under pressure is developed. The procedure enables one to estimate operatively the key parameters of working process in the reactor for different boiler loadings. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Использование и сжигание топлива Методика расчета и анализ аппаратов для газификации твердого топлива в кипящем слое под давлением Часть I. Математическая модель A procedure of the calculation and analysis of apparatus for the gasification of solid fuel in a fluidized bed under elevated pressure Part I. Mathematical model Article published earlier |
| spellingShingle | Методика расчета и анализ аппаратов для газификации твердого топлива в кипящем слое под давлением Часть I. Математическая модель Рохман, Б.Б. Кесова, Л.А. Шамис, Л.Б. Использование и сжигание топлива |
| title | Методика расчета и анализ аппаратов для газификации твердого топлива в кипящем слое под давлением Часть I. Математическая модель |
| title_alt | A procedure of the calculation and analysis of apparatus for the gasification of solid fuel in a fluidized bed under elevated pressure Part I. Mathematical model |
| title_full | Методика расчета и анализ аппаратов для газификации твердого топлива в кипящем слое под давлением Часть I. Математическая модель |
| title_fullStr | Методика расчета и анализ аппаратов для газификации твердого топлива в кипящем слое под давлением Часть I. Математическая модель |
| title_full_unstemmed | Методика расчета и анализ аппаратов для газификации твердого топлива в кипящем слое под давлением Часть I. Математическая модель |
| title_short | Методика расчета и анализ аппаратов для газификации твердого топлива в кипящем слое под давлением Часть I. Математическая модель |
| title_sort | методика расчета и анализ аппаратов для газификации твердого топлива в кипящем слое под давлением часть i. математическая модель |
| topic | Использование и сжигание топлива |
| topic_facet | Использование и сжигание топлива |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60691 |
| work_keys_str_mv | AT rohmanbb metodikarasčetaianalizapparatovdlâgazifikaciitverdogotoplivavkipâŝemsloepoddavleniemčastʹimatematičeskaâmodelʹ AT kesovala metodikarasčetaianalizapparatovdlâgazifikaciitverdogotoplivavkipâŝemsloepoddavleniemčastʹimatematičeskaâmodelʹ AT šamislb metodikarasčetaianalizapparatovdlâgazifikaciitverdogotoplivavkipâŝemsloepoddavleniemčastʹimatematičeskaâmodelʹ AT rohmanbb aprocedureofthecalculationandanalysisofapparatusforthegasificationofsolidfuelinafluidizedbedunderelevatedpressurepartimathematicalmodel AT kesovala aprocedureofthecalculationandanalysisofapparatusforthegasificationofsolidfuelinafluidizedbedunderelevatedpressurepartimathematicalmodel AT šamislb aprocedureofthecalculationandanalysisofapparatusforthegasificationofsolidfuelinafluidizedbedunderelevatedpressurepartimathematicalmodel |