МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

УКРАИНСКАЯ ИНЖЕНЕРНО-ПЕДАГОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

КАФЕДРА ТЭУ ТЭС И АЭС

ТОПЛИВА, ТОПКИ И КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОПЛИВА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ ПРОЦЕССА ГАЗИФИКАЦИИ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА НА ПАРОКИСЛОРОДНОМ ДУТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ:

7.090521, 8.090521 – Тепловые электрические станции

Харьков 2009

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

УКРАИНСКАЯ ИНЖЕНЕРНО-ПЕДАГОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

КАФЕДРА ТЭУ ТЭС И АЭС

ТОПЛИВА, ТОПКИ И КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОПЛИВА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ ПРОЦЕССА ГАЗИФИКАЦИИ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА НА ПАРОКИСЛОРОДНОМ ДУТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ:

7.090521, 8.090521 – Тепловые электрические станции

Утверждено

Научно-методическим Советом

Украинской инженерно-педагогической академии

Протокол №

от ___ . ____________ .2009 г.

Харьков 2009

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

1. Основы технологии газификации твердого топлива для получения генераторного газа

2.  Расчет основных показателей процесса газификации твердого топлива…………......….

1. Исходные данные для расчета..

2. Расчет состава генераторного газа……………………………………………………

3. Расчет выхода газа на единицу перерабатываемого топлива……………...………..

4. Расчет химического КПД газификации……………………………………… …….

3. Расчет необходимого количества газогенераторов……………………………………

Список литературы.

Приложения.

Методические указания по расчету процесса газификации твердого топлива на парокислородном дутье под давлением / А. Б. Гулей. - Харьков: УИПА, - 2009. – 18 с.

Рассмотрены физические основы элементарной теории газификации твердого топлива. Приведен расчет состава и количества генераторного газа для парогазовой установки на основе алгебраического метода Дешалита.

Методические указания рассчитаны на использование при изучении основ процессов газификации твердых топлив на тепловых электрических станциях.

Предназначено для студентов, а также магистров и специалистов теплоэнергетических специальностей вузов.

Ответственный за выпуск В. А. Кострыкин, канд. техн. наук, доц.

Рецензент: докт. техн. наук, с.н.с,

Методические указания по расчету процесса газификации твердого топлива на парокислородном дутье под давлением

1. Основы технологии газификации твердого топлива для получения генераторного газа

Газификацией называется термохимический процесс взаимодействия топлива с газо–или парообразными реагентами, содержащими окислитель, в целях получения горючих газов. При газификации практически вся органическая масса топлива превращается в газ (может образовываться небольшое количество смолопродуктов и бензинов). Так как газификация происходит при недостатке кислорода (α<1), то газификация, по существу, есть частичное окисление топлива [1].

Аппараты, в которых твердое топливо превращается в газообразное, называют газогенераторами (газификаторами). Газогенератор представляет собой шахту, выложенную огнеупорным кирпичом. В шахте установлена колосниковая решетка (в плоскости, перпендикулярной вертикальной оси), на которую подается топливо (сверху или сбоку). Дутье (воздух, кислород, водяной пар) под давлением подается в генератор снизу под колосниковую решетку. Получающийся генераторный газ отводится над слоем топлива из верхней части генератора.

Загруженное в генератор твердое топливо опускается навстречу нагретому газовому потоку. Поступающее в генератор дутье проходит сначала через слой шлака, лежащий на колосниковой решетке, при этом дутье нагревается и распределяется по сечению шахты генератора. Затем дутье встречает слой раскаленного топлива (кокса) и вступает в реакцию с его углеродом. Пространство, занимаемое нижней частью слоя топлива, в котором еще имеется свободный кислород дутья, называется окислительной зоной, или зоной горения.

Пространство, в котором протекают восстановительные реакции, называют зоной восстановления. Зона горения и зона восстановления вместе образуют зоной газификации.

Над зоной восстановления находится зона сухой перегонки, а еще выше – зона подсушки, вместе эти зоны называют зоной подготовки топлива.

При выходе из зоны горения газ содержит значительное количество двуокиси углерода, и некоторое количество окиси углерода. Двуокись углерода и пары воды, поднимаясь с остальным газовым потоком, восстанавливаются углеродом раскаленного кокса в окись углерода и водород. При газификации топлива в реакциях газообразования практически всегда принимают участие пары воды. В конечном итоге, при газификации необходимо создать в генераторе условия для восстановления двуокиси углерода:

С + СО₂ 2СО.

Эта реакция является обратимой, т. е. СО₂ и СО образуют равновесную смесь. Однако генераторный газ по составу не является равновесной смесью, ибо в генераторе такой состав смеси не успевает устанавливаться из-за малой длительности контакта между газами и твердым раскаленным коксом. Поэтому восстановление СО₂ в достаточных количествах начинается с температур 800…900 ^оС и достигает высоких значений при температурах 1100…1200 ^оС.

Отсюда следует, что для практически полного восстановления СО₂ необходимо создать в генераторе зону, в которой поддерживалась бы необходимая температура.

Как первичная реакция взаимодействия водяного пара с углеродом, так и суммарный процесс газификации идет, в конечном счете, поглощением тепла. Следовательно, для непрерывного их протекания требуется независимый источник тепла. В качестве источника тепла служит экзотермическая реакция окисления твердого топлива, для чего в газогенератор подают парокислородную смесь (кислород смеси окисляет часть топлива).

Генераторные газы, полученные при частичной замене воздуха в паровоздушном дутье кислородом, характеризуются большим содержанием окиси углерода, в нем меньше азота. Повышение давления увеличивает содержание в генераторном газе метана СH₄, который имеет высокую теплотворную способность и химическую стойкость. Все это приводит к тому, что теплотворная способность таких газов значительно выше, чем в обычных генераторных газах. В этом случае повышается также и теоретическая температура горения генераторного газа.

Газогенераторные газы на выходе из зоны газификации содержать много влаги в виде водяных паров. Влага снижает характеристики топлива, т. к. эти пары являются балластом получаемого топлива, поэтому газы осушают, а окончательный расчет выполняется для сухого генераторного газа.

Для мощных ТЭС газификацию топлива целесообразно осуществлять под давлением, что позволяет не только улучшить технико-экономические показатели процесса, но и использовать мощные парогазовые установки (ПГУ) с включением в них расширительных газовых турбин[2]. Эти турбины необходимы для привода воздушных компрессоров и для сжатия той части воздуха, которая направляется на газификацию топлива. Также применение парокислородного дутья под давлением интенсифицирует процесс газификации, т. е. увеличивает производительность газогенератора.

В итоге, условия работы газогенератора для решения поставленной задачи соответствуют температурному диапазону 900…1000 ^оС и диапазону давлений в газогенераторе 1…3 МПа. В газогенераторе используется парокислородное дутье.