TWO-DIMENSIONAL MODEL OF THE SOLID FUEL GASIFICATION IN A FIXED BED UNDER PRESSER. 2. NUMERICAL RESULTS OF THERMAL-CHEMICAL PROCESSING OF SHUBARKOL COAL AT A RATIO OF MASS FRACTIONS H2О/O2=72/28
With the help of  the developed two-dimensional model presented in the first part of this work, which includes interfacial convective heat transfer, radiation-conductive heat transfer of the solid phase, radiant and conductive heat transfer of the fixed bed with the reactor wall, hetero...
Saved in:
| Date: | 2019 |
|---|---|
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2019
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/206 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Vidnovluvana energetika |
| Download file: |  |
Institution
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871103266318712832 |
|---|---|
| author | Rokhman, B. |
| author_facet | Rokhman, B. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "B. Rokhman",
"institution": "Coal Energy Technology Institute NAS of Ukraine, 04070, Kyiv, str. Andreevskaya 19"
}
] |
| author_sort | Rokhman, B. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:13Z |
| description | With the help of  the developed two-dimensional model presented in the first part of this work, which includes interfacial convective heat transfer, radiation-conductive heat transfer of the solid phase, radiant and conductive heat transfer of the fixed bed with the reactor wall, heterogeneous and homogeneous chemical reactions, gravity and aerodynamic resistance, the non-stationary gasification of Shubarkol  long-flame coal in a steam-oxygen mixture under a pressure of 3 MPa in a fixed bed with solid slag removal at a ratio of mass fractions of  gas components  H2О/O2=72/28 was  numerically investigated. It is shown: 1) in this mode, the temperature of coke-ash particles does not exceed 1000 0С due to the prevalence of heat generation of exothermic reactions C+O2=CO2, C+0,5O2=CO, CO+0,5O2=CO2 and H2+0,5O2=H2O over the heat absorption of endothermic reactions   C+СO2=2CO and C+H2O=CO+H2 due to the high concentration of water vapor in the gas mixture. Therefore, calorie and quality of the generator gas (at the time τ = 260 s (by volume): CO=16,4%, H2=44,6%, СO2=27,6%, CH4=10,1% and C6H6=1,16%) is significantly inferior to the synthetic gas obtained with the ratio of mass fractions of gaseous components H2О/O2=40/60  (τ = 280 с: CO=65%, H2=25,6%, СO2=3,8%, CH4=5% and C6H6=0,57%) [1];2) To eliminate overheating of the grate due to the low height of the slag pad, due to low ash content of coal 3–9%, it is recommended to add waste ash to the initial fuel, which will increase the height of the protective inert bed. 3) the calculated composition of the synthetic gas at τ = 260 s is in good agreement with the literature data given in [2]: CO=12–21%, H2=37–41%, СO2=27–34% and CH4=10–13,5%. |
| doi_str_mv | 10.36296/1819-8058.2019.2(57).91-98 |
| first_indexed | 2025-07-17T11:37:41Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1819-8058 (Print)
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
© Б.Б. Рохман, 2019
Відновлювана енергетика. 2019. № 2 91
УДК 532.529: 517.4 DOI: https://doi.org/10.36296/1819-8058.2019.2(57).91-98
ДВУМЕРНАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ГАЗИФИКАЦИИ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В
НЕПОДВИЖНОМ СЛОЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
2. ЧИСЛЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ
ШУБАРКОЛЬСКОГО КАМЕННОГО УГЛЯ ПРИ ОТНОШЕНИИ МАССОВЫХ
ДОЛЕЙ H2О/O2=72/28
Б.Б. Рохман, докт. техн. наук
Институт угольных энерготехнологий НАН Украины,
04070, г. Киев, ул. Андреевская 19
С использованием разработанной двумерной модели, приведенной в первой части настоящей работы, которая включает в
себя межфазный конвективный теплообмен, радиационно-кондуктивный теплоперенос твердой фазы, лучистый и кон-
дуктивный теплообмен неподвижного слоя со стенкой реактора, гетерогенные и гомогенные химические реакции, силы
тяжести и аэродинамического сопротивления численно исследован нестационарный процесс газификации шубаркольского
каменного длиннопламенного угля в парокислородной смеси под давлением 3 МПа в неподвижном слое с твердым шлако-
удалением при отношении массовых долей газовых компонентов H2О/O2=72/28. Показано, что: 1) в рассматриваемом ре-
жиме температура коксозольных частиц не превышает 1000 0С за счет превалирования тепловыделения экзотермических
реакций C+O2=CO2, C+0,5O2=CO, CO+0,5O2=CO2 и H2+0,5O2=H2O над теплопоглощением эндотермических реакций
C+СO2=2CO и C+H2O=CO+H2 из-за большой концентрации водяных паров в газовой смеси. Поэтому генераторный газ по
своим характеристикам калорийности и качеству (в момент времени τ = 260 с (по объему): CO=16,4%, H2=44,6%,
СO2=27,6%, CH4= 10,1 % и C6H6=1,16 %) значительно уступает синтетическому газу, полученному при отношении мас-
совых долей газовых компонентов H2О/O2=40/60 (τ = 280 с: CO=65 %, H2=25,6 %, СO2=3,8%, CH4=5% и C6H6=0,57%) [1];
2) для устранения перегрева колосников из-за низкой высоты шлаковой подушки, обусловленной малой зольностью угля 3–
9%, в исходное топливо рекомендуется добавлять отработанную золу, что позволит повысить высоту защитного инерт-
ного слоя; 3) расчетный состав синтетического газа при τ = 260 с хорошо согласуется с литературными данными, приве-
денными в [2]: CO=12–21%, H2=37–41%, СO2=27–34% и CH4=10–13,5%. Библ. 2, рис. 7.
Ключевые слова: неподвижный слой, уголь, парокислородная газификация, конвективный, кондуктивный, радиационный,
температура
TWO-DIMENSIONAL MODEL OF THE SOLID FUEL GASIFICATION IN A FIXED BED
UNDER PRESSER.
2. NUMERICAL RESULTS OF THERMAL-CHEMICAL PROCESSING OF
SHUBARKOL COAL AT A RATIO OF MASS FRACTIONS H2О/O2=72/28.
B. Rokhman, doctor of technical sciences
Coal Energy Technology Institute NAS of Ukraine,
04070, Kyiv, ul. Andreevskaya 19
With the help of the developed two-dimensional model presented in the first part of this work, which includes interfacial convective
heat transfer, radiation-conductive heat transfer of the solid phase, radiant and conductive heat transfer of the fixed bed with the
reactor wall, heterogeneous and homogeneous chemical reactions, gravity and aerodynamic resistance, the non-stationary gasifica-
tion of Shubarkol long-flame coal in a steam-oxygen mixture under a pressure of 3 MPa in a fixed bed with solid slag removal at a
ratio of mass fractions of gas components H2О/O2=72/28 was numerically investigated. It is shown: 1) in this mode, the tempera-
ture of coke-ash particles does not exceed 1000 0С due to the prevalence of heat generation of exothermic reactions C+O2=CO2,
C+0,5O2=CO, CO+0,5O2=CO2 and H2+0,5O2=H2O over the heat absorption of endothermic reactions C+СO2=2CO and
C+H2O=CO+H2 due to the high concentration of water vapor in the gas mixture. Therefore, calorie and quality of the generator gas
(at the time τ = 260 s (by volume): CO=16,4%, H2=44,6%, СO2=27,6%, CH4=10,1% and C6H6=1,16%) is significantly inferior to
the synthetic gas obtained with the ratio of mass fractions of gaseous components H2О/O2=40/60 (τ = 280 с: CO=65%, H2=25,6%,
СO2=3,8%, CH4=5% and C6H6=0,57%) [1];2) To eliminate overheating of the grate due to the low height of the slag pad, due to
low ash content of coal 3–9%, it is recommended to add waste ash to the initial fuel, which will increase the height of the protective
inert bed. 3) the calculated composition of the synthetic gas at τ = 260 s is in good agreement with the literature data given in [2]:
CO=12–21%, H2=37–41%, СO2=27–34% and CH4=10–13,5%.
Keywords: fixed bed, coal, thermal conductivity, steam-oxygen gasification, conductive, radiation, temperature
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2019.2(57).91-98
ISSN 1819-8058 (Print)
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
Відновлювана енергетика. 2019. № 2 92
Б.Б. Рохман
B. Rokhman
Сведения об авторе: ведущий научный со-
трудник Института угольных энерготехноло-
гий НАН Украины, доктор технических наук.
Биографические данные Рохмана Б.Б. разме-
щены в известных мировых изданиях “Who's
Who in Science and Engineering” и “2000 Out-
standing Intellectuals of the 21st Century”.
Образование: Новочеркасский поли-
технический институт.
Научная сфера: Математическое моделиро-
вание аэро-динамики, тепломассообмена и
химического реагирования поли-дисперсного
ансамбля твердого топлива в камерных и сло-
евых топках, в реакторах с циркулирующим
кипящим слоем и в кипящем слое.
Публикации: более 90 научных работ, из них
27 работ содержатся в наукометрической
базе Scopus и 4 в наукометрической базе Web
of Science.
ORCID: 0000-0002-1270-6102
Контакты: тел.: +38-044-425-53-77
e-mail: Brolene@yahoo.com
Information about the author: the leading
researcher of the Institute of Coal Energy
Technologies of the NAS of Ukraine, Doctor
of Technical Sciences. Biographical infor-
mation of Rohman B.B. is published in well-
known world directories "Who's Who in
Science and Engineering" and "2000 Out-
standing Intellectuals of the 21st Century".
Education: Novocherkassk Polytechnic
Institute.
Research area: Mathematical modeling of
aerodynamics, heat and mass transfer and
chemical reaction of a polydisperse ensemble
of solid fuel in chamber and layer furnaces,
in reactors with a circulating fluidized bed
and in the fluidized bed.
Publications: more than 90 scientific papers,
27 of them are contained in the science-based
Scopus database and 4 in the science-based
Web of Science database.
ORCID: 0000-0002-1270-6102
Contacts: phone: +38-044-425-53-77
e-mail: Brolene@yahoo.com
В работе [1] описаны двумерная модель и
теоретические исследования нестационарного
процесса парокислородной газификации частиц
шубаркольского каменного длиннопламенного
угля под давлением 3 Мпа в неподвижном слое
при отношении H2О/O2=45/55. Показана возмож-
ность организации рабочего процесса в газогене-
раторе с устойчивым жидким шлакоудалением
при H2О/O2=40/60 и максимальной температуре
частиц 1550 С в малой области, прилегающей к
решетке. Состав полученного генераторного газа
при H2О/O2=45/55 и при H2О/O2=40/60 хорошо
согласуется с литературными данными, а его ка-
лорийность оказывается выше, чем при газифи-
кации угольной пыли в потоке.
Во второй части настоящей работы рассмат-
ривается нестационарный процесс парокисло-
родной газификации дробленных частиц шу-
баркольского каменного угля размером 9 мм и
плотностью 1350 кг/м3 в реакторе с неподвиж-
ным слоем порозностью 0,4, высотой слоя 2,75 м
и сечением 0,5 м2 под давлением Pg=3 Мпа с
твердым шлакоудалением при отношении
H2О/O2=72/28 ( OH2
B =1991 кг/ч,
2OB =774 кг/ч и
22 OOH t =450 С), когда температура частиц в
окислительной зоне не превышает 1000 С.
Как отмечалось в работе [1], в соответствии с
изменениями, претерпеваемыми топливом на
различных стадиях термохимической перера-
ботки, неподвижный слой угля в реакторе можно
условно разделить на четыре зоны: 1 – шлаковая
подушка, 2 – зона окисления, 3 – зона газифика-
ции и 4 – зона сухой перегонки. Окислительную
зону 0,031 м < z < 0,0704 м можно условно разде-
лить на два характерных диапазона. В первом из
них 0,031 м < z < 0,039 м происходит резкое воз-
растание температуры коксозольных частиц tp с
450 С до максимального значения 991 С за счет
превалирования тепловыделения экзотермиче-
ских реакций C+O2=CO2, C+0,5O2=CO,
CO+0,5O2=CO2 и H2+0,5O2=H2O над теплопо-
глощением эндотермических реакций
C+СO2=2CO и C+H2O=CO+H2 (риc. 1, кривая 2).
В результате содержание O2 и H2O в газовой сме-
си падает с 17,9 % и 82 % до 14,3 % и 74,3 %, со-
ответственно, объемные доли газовых компонен-
тов CO2, CO и H2 повышаются и достигают сле-
дующих значений: COR =5,8 %,
2HR =3,79 %,
2COR =1,83 % (риc. 2a, рис. 3, рис. 4, кривые 2).
mailto:Brolene@yahoo.com
mailto:Brolene@yahoo.com
ISSN 1819-8058 (Print)
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
Відновлювана енергетика. 2019. № 2 93
Рис. 1. Распределение температуры частиц по высоте неподвижного слоя в зависимости от времени: 1 – 60 с; 2 – 160
с; 3 – 200 с; 4 – 240 с; 5 – 260 с; 6 – 360 с
Fig. 1. Temperature distribution of particles along the height of the fixed bed depending on time: 1 – 60 s; 2 – 160 s; 3 – 200 s;
4 – 240 s; 5 – 260 s; 6 – 360 s
Рис. 2. Распределение объемной доли кислорода (а) и летучих веществ (в) по высоте неподвижного слоя в зависимо-
сти от времени (обозначения те же, что на рис. 1)
Fig. 2. Distribution of the volume fraction of oxygen (а) and volatile substances (в) over the height of the fixed bed depending
on time (notations are the same as in Fig. 1)
ISSN 1819-8058 (Print)
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
Відновлювана енергетика. 2019. № 2 94
Рис. 3. Распределение объемных долей компонентов газа CO2 (а) и CO (в) по высоте неподвижного слоя в зависимо-
сти от времени (обозначения те же, что на рис. 1)
Fig. 3. Distribution of volume fractions of gas components CO2 (а) and CO (в) over the height of the fixed bed depending on
time (notations are the same as in Fig. 1)
Рис. 4. Распределение объемных долей компонентов газа H2 (а) и H2O (в) по высоте неподвижного слоя в зависимости
от времени (обозначения те же, что на рис. 1)
Fig. 4. Distribution of volume fractions of gas components H2 (а) and H2O (в) over the height of the fixed bed depending on
time (notations are the same as in Fig. 1)
ISSN 1819-8058 (Print)
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
Відновлювана енергетика. 2019. № 2 95
Рис. 5. Распределение диаметра частиц по высоте неподвижного слоя в зависимости от времени (обозначения те же,
что на рис. 1)
Fig. 5. Particle diameter distribution over the height of the fixed bed depending on time (notations are the same as in Fig. 1)
Интенсивная конверсия коксозольных частиц
в рассматриваемом интервале приводит к резко-
му уменьшению размера дробленки с δ = 4,36 мм
до минимального диаметра частиц δash = 3,96 мм,
состоящих из золы (риc. 5, кривая 2). Получен-
ный таким образом инертный материал форми-
рует шлаковую подушку, которая защищает ко-
лосники от перегрева.
Во втором интервале (окислительно-
восстановительная область реагирования)
0,039 м < z < 0,0704 м, где объемная доля O2 па-
дает до 1 %, теплопоглощение эндотермиче-
ских реакций превышает тепловыделение экзо-
термических реакций. По этой причине темпе-
ратура частиц и содержание водяного пара в
газе снижаются до 843 С и 32 %, объемные
доли CO2, CO и H2 продолжают возрастать и
достигают величин 19,3%, 17,2% и 30,4%, со-
ответственно, а диаметр частиц уменьшается с
7,33 мм до 4,36 мм. Следует отметить, что
окислительный диапазон характеризуется от-
сутствием летучих веществ в угольных части-
цах, так как скорость убывания пиролизных
газов по высоте слоя значительно выше, чем
скорость перемещения указанного интервала
(рис. 2в, кривая 2).
ISSN 1819-8058 (Print)
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
Відновлювана енергетика. 2019. № 2 96
Рис. 6. Распределение температуры газа по высоте неподвижного слоя в зависимости от времени
(обозначения те же, что на рис. 1)
Fig. 6. Gas temperature distribution over the height of the fixed bed depending on time (notations are the same as in Fig. 1)
Из рис. 1 и 6 (кривые 4) видно, что функции
tp(τ, z) и tg(τ, z) подобны, однако максимум кривой
tg(τ, z), формирующийся за счет межфазного кон-
вективного теплообмена и тепловыделения хими-
ческих реакций CO+0,5O2=CO2 и H2+0,5O2=H2O,
сдвинут вверх по вертикальной оси на 36,5 мм от-
носительно максимума зависимости tp(τ, z).
В бескислородной восстановительной зоне
0,0704 м < z < 1,25 м, где температура коксозольных
частиц и объемная доля водяного пара уменьшают-
ся до 403 С и 15,6 %, функции
2COR (τ, z) и
2HR (τ,
z) достигают своих максимальных значений 26,6 %
и 42,6 %, соответственно, в то время как кривая
COR (τ, z) убывает (риc. 1, рис. 3, рис. 4, кривые 2).
Такое поведение зависимостей
2COR (τ, z),
2HR (τ, z)
и COR (τ, z) связано с протеканием химических ре-
акций C+СO2=2CO, C+H2O=CO+H2 и
CO+H2O→CO2+H2. Здесь генерация CO, обуслов-
ленная гетерогенными реакциями, оказывается
меньше ее диссипации из-за протекания гомоген-
ной реакции водяного сдвига, благодаря чему зави-
симость COR (τ, z) убывает до величины 14,6 %.
В отличие от режима газификации, приве-
денного в [1], где отсутствуют пиролизные газы в
рассматриваемой области реагирования, здесь
присутствует незначительное количество летучих
веществ V = 0–0,64 % (рис. 2 в, кривая 2).
В зоне сухой перегонки 1,25 м < z < 2,75 м
происходит нагрев высушенной дробленки до
температуры 251–403 С (рис. 1, кривая 2) за счет
межфазного конвективного теплообмена и ради-
ационно-кондуктивного теплопереноса твердой
фазы, что обеспечивает интенсивный выход пи-
ролизных газов из угольных частиц.
Как отмечалось в работе [1], летучие веще-
ства шубаркольского каменного угля могут быть
представлены в следующем виде:
CH3,147O0,5625→0,09132CO+0,0581CO2+0,5042CH4
+0,05783C6H6+0,03655H2+0,3549H2O. Отсюда
видно, что содержание метана и водяного пара
значительно больше, чем диоксида углерода,
окиси углерода и водорода. Поэтому при смеше-
нии потоков компонентов пиролизного и синте-
тического газа, выходящего из бескислородной
восстановительной области реагирования, проис-
ходит уменьшение величин COR ,
2HR ,
2COR и
ISSN 1819-8058 (Print)
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
Відновлювана енергетика. 2019. № 2 97
возрастание значений OH2
R ,
4CHR и
66HCR (рис.
3, рис. 4, рис. 7, кривые 2). В зоне сухой перегон-
ки наблюдается уменьшение диаметра частиц с
8,3 мм до 7,64 мм за счет выхода летучих ве-
ществ (риc. 5, кривая 2).
В рассматриваемом временном интервале 0 <
τ < 360 с состав генераторного газа на выходе из
реактора изменяется за счет уменьшения высоты
зоны сухой перегонки. При τ = 160 с (на сухую
массу): COR =15%,
2HR =37%,
2COR =25%,
4CHR =21% и
66HCR =2,4%; τ=260 с: COR =16,4 %,
2HR =44,6%,
2COR =27,6%,
4CHR =10,1% и
66HCR =1,16%. Расчетный состав газа при τ =260 с
хорошо согласуется с литературными данными,
приведенными в [2]: COR =12–21%,
2HR =37–
41%,
2COR =27–34 %,
4CHR =10–13,5%.
Рис. 7. Распределение объемных долей компонентов газа CH4 (а) и C6H6 (в) по высоте неподвижного слоя в зависимо-
сти от времени (обозначения те же, что на рис. 1)
Fig. 7. Distribution of volume fractions of gas components CH4 (а) and C6H6 (в) over the height of the fixed bed depending on
time (notations are the same as in Fig. 1)
Выводы. 1. При организации режима паро-
кислородной газификации шубаркольского ка-
менного угля с твердым шлакоудалением при
отношении H2О/O2 = 72/28 и tp<1000С получает-
ся генераторный газ (τ = 260 с: COR =16,4%,
2HR =44,6%,
2COR =27,6%,
4CHR =10,1% и
66HCR =1,16%), калорийность которого значи-
тельно ниже, чем при жидком шлакоудалении
(τ=280 с: COR =65 %,
2HR =25,6%,
2COR =3,8%,
4CHR =5% и
66HCR =0,57%) из-за большого содер-
жания балласта CO2.
2. Для устранения перегрева колосниковой
решетки из-за низкой высоты шлаковой подуш-
ки, обусловленной малой зольностью шу-
баркольского каменного угля Ar = 3–9 %, в ис-
ходное топливо рекомендуется добавлять отра-
ботанную золу, что позволяет повысить высоту
защитного инертного слоя.
3. Результаты расчетов состава генераторно-
го газа хорошо согласуются с литературными
данными Gräbner M. [2].
4. Бескислородная восстановительная зона в
процессе газификации шубаркольского каменно-
го угля при отношении H2О/O2 = 45/55 [1] явля-
ISSN 1819-8058 (Print)
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 2664-8172 (Online)
Відновлювана енергетика. 2019. № 2 98
ется малоэффективной из-за низких значений
объемного содержания водяного пара в газовой
смеси OH2
R =1,36–4,7%, в отличие от рассматри-
ваемого режима (H2О/O2=72/28)– OH2
R =15,6–32%,
где указанный диапазон реагирования играет су-
щественную роль в термохимическом процессе.
1. Рохман Б.Б. Двумерная модель процесса газификации
твердого топлива в неподвижном слое под давлением.
1. Исследование конверсии шубаркольского каменного угля в
парокислородной смеси при отношении массовых долей
H2О/O2=45/55. Відновлювана енергетика. 2019. № 1. С. 61-71.
2. Gräbner M. Industrial Coal Gasification Technologies
Covering Baseline and High Ash Coal. Wiley. 2014. 384 p.
REFERENCES
1. Rokhman B.B. Dvumernaya model processa gazifikacii
tverdogo topliva v nepodvizhnom sloe pod davleniem. 1. Issle-
dovanie konversii shubarkolskogo kamennogo uglya v parokis-
lorodnoj smesi pri otnoshenii massovyh dolej H2О/O2=45/55.
[Two-dimensional model of the solid fuel gasification in a fixed
bed under presser. 1. Investigation of Shubarkol coal conversion
in a steam-oxygen mixture with the mass part of
H2О/O2=45/55]. Vidnovluvana energetika. 2019. No. 1. Pp. 61-
71. [in Russian].
2. Gräbner M. Industrial Coal Gasification Technologies
Covering Baseline and High Ash Coal. Wiley. 2014. 384 p. [in
English].
ДВОВИМІРНА МОДЕЛЬ ПРОЦЕСУ ГАЗИФІКАЦІЇ
ТВЕРДОГО ПАЛИВА В НЕРУХОМОМУ ШАРІ ПІД
ТИСКОМ. 2. ЧИСЛОВІ РЕЗУЛЬТАТИ
ТЕРМОХІМІЧНОЇ ПЕРЕРОБКИ
ШУБАРКОЛЬСЬКОГО КАМ'ЯНОГО ВУГІЛЛЯ ПРИ
СПІВВІДНОШЕННІ МАСОВИХ ЧАСТОК H2О/O2=72/28
Б.Б. Рохман, докт. техн. наук
Інститут вугольних енерготехнологій НАН України
04070 м. Київ, вул. Андріївська, 19
З використанням розробленої двовимірної моделі, наведеної
в першій частині цієї роботи, яка включає в себе міжфазо-
вий конвективний теплообмін, радіаційно-кондуктивний
теплоперенос твердої фази, променистий і кондуктивний
теплообмін нерухомого шару зі стінкою реактора, гетеро-
генні і гомогенні хімічні реакції, сили тяжіння і аеродинамі-
чного опору чисельно досліджений нестаціонарний процес
газифікації шубаркольского кам'яного довгополуменевого
вугілля в парокисневій суміші під тиском 3 МПа в нерухомо-
му шарі з твердим шлаковидаленням при відношенні масо-
вих часток газових компонентів H2О/O2=72/28. Показано,
що: 1) в розглянутому режимі температура коксозольних
частинок не перевищує 1000 °С за рахунок превалювання
тепловиділення екзотермічних реакцій C+O2=CO2,
C+0,5O2=CO, CO+0,5O2=CO2 і H2+0,5O2=H2O над тепло-
поглинанням ендотермічних реакцій C+СO2=2CO і
C+H2O=CO+H2 через велику концентрацію водяної пари в
газовій суміші. Тому генераторний газ за своїми характери-
стиками калорійності і якості (в момент часу τ=260 с (за
об’ємом): CO=16,4%, H2=44,6%, СO2=27,6%, CH4=10,1% і
C6H6 =1,16%) значно поступається синтетичному газу,
отриманому при відношенні масових часток газових компо-
нентів H2О/O2=40/60 (τ = 280 с: CO=65%, H2=25,6%,
СO2=3,8%, CH4=5% і C6H6=0,57%) [1]; 2) для усунення пе-
регріву колосників через низьку висоту шлакової подушки,
обумовлену малою зольністю вугілля 3-9%, у вихідне паливо
рекомендується додавати відпрацьовану золу, що дозво-
лить підвищити висоту захисного інертного шару; 3) роз-
рахунковий склад синтетичного газу при τ = 260 с добре
узгоджується з літературними даними, наведеними в [2]:
CO=12–21%, H2=37–41%, СO2=27–34% і CH4=10–13,5%.
Ключеві слова: нерухомий шар, вугілля, теплопроводність,
парокиснева газифікація, кондуктивний, радиаціоний,
температура
Стаття надійшла до редакції 20.11.18
Остаточна версія 12.06.19
|
| id | veorgua-article-206 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:05:28Z |
| publishDate | 2019 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/0a/5a3a23bead9c19c6d8d704555edbc80a.pdf |
| spelling | veorgua-article-2062026-07-18T06:32:13Z TWO-DIMENSIONAL MODEL OF THE SOLID FUEL GASIFICATION IN A FIXED BED UNDER PRESSER. 2. NUMERICAL RESULTS OF THERMAL-CHEMICAL PROCESSING OF SHUBARKOL COAL AT A RATIO OF MASS FRACTIONS H2О/O2=72/28 ДВУМЕРНАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ГАЗИФИКАЦИИ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В НЕПОДВИЖНОМ СЛОЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ 2. ЧИСЛЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ШУБАРКОЛЬСКОГО КАМЕННОГО УГЛЯ ПРИ ОТНОШЕНИИ МАССОВЫХ ДОЛЕЙ H2О/O2=72/28 Rokhman, B. fixed bed, coal, thermal conductivity, steam-oxygen gasification, conductive, radiation, temperature неподвижный слой, уголь, парокислородная газификация, конвективный, кондуктивный, радиационный, температура With the help of&nbsp; the developed two-dimensional model presented in the first part of this work, which includes interfacial convective heat transfer, radiation-conductive heat transfer of the solid phase, radiant and conductive heat transfer of the fixed bed with the reactor wall, heterogeneous and homogeneous chemical reactions, gravity and aerodynamic resistance, the non-stationary gasification of Shubarkol&nbsp; long-flame coal in a steam-oxygen mixture under a pressure of 3 MPa in a fixed bed with solid slag removal at a ratio of mass fractions of&nbsp; gas components&nbsp; H2О/O2=72/28 was&nbsp; numerically investigated. It is shown: 1) in this mode, the temperature of coke-ash particles does not exceed 1000 0С due to the prevalence of heat generation of exothermic reactions C+O2=CO2, C+0,5O2=CO, CO+0,5O2=CO2 and H2+0,5O2=H2O over the heat absorption of endothermic reactions&nbsp;&nbsp; C+СO2=2CO and C+H2O=CO+H2 due to the high concentration of water vapor in the gas mixture. Therefore, calorie and quality of the generator gas (at the time τ = 260 s (by volume): CO=16,4%, H2=44,6%, СO2=27,6%, CH4=10,1% and C6H6=1,16%) is significantly inferior to the synthetic gas obtained with the ratio of mass fractions of gaseous components H2О/O2=40/60&nbsp; (τ = 280 с: CO=65%, H2=25,6%, СO2=3,8%, CH4=5% and C6H6=0,57%) [1];2) To eliminate overheating of the grate due to the low height of the slag pad, due to low ash content of coal 3–9%, it is recommended to add waste ash to the initial fuel, which will increase the height of the protective inert bed. 3) the calculated composition of the synthetic gas at τ = 260 s is in good agreement with the literature data given in [2]: CO=12–21%, H2=37–41%, СO2=27–34% and CH4=10–13,5%. С использованием разработанной двумерной модели, приведенной в первой части настоящей работы, которая включает в себя межфазный конвективный теплообмен, радиационно-кондуктивный теплоперенос твердой фазы, лучистый и кондуктивный теплообмен неподвижного слоя со стенкой реактора, гетерогенные и гомогенные химические&nbsp; реакции, силы&nbsp; тяжести и аэродинамического сопротивления численно исследован нестационарный процесс газификации шубаркольского каменного длиннопламенного угля в парокислородной смеси под давлением 3 МПа в неподвижном слое с твердым шлакоудалением при отношении массовых долей газовых компонентов H2О/O2=72/28. Показано, что: 1) в рассматриваемом режиме температура коксозольных частиц не превышает 1000 0С за счет превалирования тепловыделения экзотермических реакций C+O2=CO2, C+0,5O2=CO, CO+0,5O2=CO2 и H2+0,5O2=H2O над теплопоглощением эндотермических реакций C+СO2=2CO и C+H2O=CO+H2 из-за большой концентрации водяных паров в газовой смеси. Поэтому генераторный газ по своим характеристикам калорийности и качеству (в момент времени τ = 260&nbsp;с (по объему): CO=16,4%, H2=44,6%, СO2=27,6%, CH4= 10,1 % и C6H6=1,16 %) значительно уступает синтетическому газу, полученному&nbsp; при отношении массовых долей газовых компонентов H2О/O2=40/60&nbsp; (τ = 280 с: CO=65 %, H2=25,6 %, СO2=3,8%, CH4=5% и C6H6=0,57%) [1]; 2) для устранения перегрева колосников из-за низкой высоты шлаковой подушки, обусловленной малой зольностью угля 3–9%, в исходное топливо рекомендуется добавлять отработанную золу, что позволит повысить высоту защитного инертного слоя; 3) расчетный состав синтетического газа при τ = 260 с хорошо согласуется с литературными данными, приведенными в [2]: CO=12–21%, H2=37–41%, СO2=27–34% и CH4=10–13,5%. Библ. 2, рис. 7. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2019-06-13 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/206 10.36296/1819-8058.2019.2(57).91-98 Vidnovluvana energetika ; No. 2(57) (2019): Scientific and Applied Journal Vidnovluvana energetika; 91-98 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 2(57) (2019): Научно-прикладной журнал Возобновляемая энергетика; 91-98 Відновлювана енергетика; № 2(57) (2019): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 91-98 2664-8172 1819-8058 10.36296/1819-8058.2019.2(57) uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/206/144 Copyright (c) 2019 B. Rokhman https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | fixed bed coal thermal conductivity steam-oxygen gasification conductive radiation temperature Rokhman, B. TWO-DIMENSIONAL MODEL OF THE SOLID FUEL GASIFICATION IN A FIXED BED UNDER PRESSER. 2. NUMERICAL RESULTS OF THERMAL-CHEMICAL PROCESSING OF SHUBARKOL COAL AT A RATIO OF MASS FRACTIONS H2О/O2=72/28 |
| title | TWO-DIMENSIONAL MODEL OF THE SOLID FUEL GASIFICATION IN A FIXED BED UNDER PRESSER. 2. NUMERICAL RESULTS OF THERMAL-CHEMICAL PROCESSING OF SHUBARKOL COAL AT A RATIO OF MASS FRACTIONS H2О/O2=72/28 |
| title_alt | ДВУМЕРНАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ГАЗИФИКАЦИИ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В НЕПОДВИЖНОМ СЛОЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ 2. ЧИСЛЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ШУБАРКОЛЬСКОГО КАМЕННОГО УГЛЯ ПРИ ОТНОШЕНИИ МАССОВЫХ ДОЛЕЙ H2О/O2=72/28 |
| title_full | TWO-DIMENSIONAL MODEL OF THE SOLID FUEL GASIFICATION IN A FIXED BED UNDER PRESSER. 2. NUMERICAL RESULTS OF THERMAL-CHEMICAL PROCESSING OF SHUBARKOL COAL AT A RATIO OF MASS FRACTIONS H2О/O2=72/28 |
| title_fullStr | TWO-DIMENSIONAL MODEL OF THE SOLID FUEL GASIFICATION IN A FIXED BED UNDER PRESSER. 2. NUMERICAL RESULTS OF THERMAL-CHEMICAL PROCESSING OF SHUBARKOL COAL AT A RATIO OF MASS FRACTIONS H2О/O2=72/28 |
| title_full_unstemmed | TWO-DIMENSIONAL MODEL OF THE SOLID FUEL GASIFICATION IN A FIXED BED UNDER PRESSER. 2. NUMERICAL RESULTS OF THERMAL-CHEMICAL PROCESSING OF SHUBARKOL COAL AT A RATIO OF MASS FRACTIONS H2О/O2=72/28 |
| title_short | TWO-DIMENSIONAL MODEL OF THE SOLID FUEL GASIFICATION IN A FIXED BED UNDER PRESSER. 2. NUMERICAL RESULTS OF THERMAL-CHEMICAL PROCESSING OF SHUBARKOL COAL AT A RATIO OF MASS FRACTIONS H2О/O2=72/28 |
| title_sort | two-dimensional model of the solid fuel gasification in a fixed bed under presser. 2. numerical results of thermal-chemical processing of shubarkol coal at a ratio of mass fractions h2о/o2=72/28 |
| topic | fixed bed coal thermal conductivity steam-oxygen gasification conductive radiation temperature |
| topic_facet | fixed bed coal thermal conductivity steam-oxygen gasification conductive radiation temperature неподвижный слой уголь парокислородная газификация конвективный кондуктивный радиационный температура |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/206 |
| work_keys_str_mv | AT rokhmanb twodimensionalmodelofthesolidfuelgasificationinafixedbedunderpresser2numericalresultsofthermalchemicalprocessingofshubarkolcoalataratioofmassfractionsh2oo27228 AT rokhmanb dvumernaâmodelʹprocessagazifikaciitverdogotoplivavnepodvižnomsloepoddavleniem2čislennyerezulʹtatytermohimičeskojpererabotkišubarkolʹskogokamennogouglâpriotnošeniimassovyhdolejh2oo27228 |