WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Косова Ольга Юрьевна

РАЗРАБОТКА И МОДЕЛИРОВАНИЕ УСТАНОВКИ

ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ

Специальность 05.14.04 – Промышленная теплоэнергетика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Саратов – 2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Саратовский государственный

технический университет»

Научный руководитель:

– доктор технических наук, профессор

Симонов Вениамин Федорович

Официальные оппоненты:

– доктор технических наук, профессор

Беляев Альберт Александрович

– кандидат технических наук, доцент

Коваль Александр Андреевич

Ведущая организация:

– ГОУ ВПО «Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского»

Защита состоится « 29 » января 2009 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.07 при ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» по адресу: 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77, ауд. 159.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет».

Автореферат разослан « 26 » декабря 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Е.А. Ларин

Посвящается памяти

основателя саратовской школы

по переработке горючих сланцев

профессора Каширского Владимира Григорьевича

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. По имеющимся оценкам, геологические запасы нефти и газа составляют лишь около 10% общих ресурсов органического топлива в мире, а на долю угля, сланцев и торфа приходится примерно 90%. По запасам твердого топлива Россия занимает ведущее место в мире. В частности, запасы горючих сланцев только в Волжском бассейне составляют около 30 млрд. т. Горючие сланцы относятся к низкосортным твердым топливам. Сжигание их в топках теплотехнологических агрегатов весьма затруднительно и вызывает недопустимо большие выбросы в окружающую среду загрязняющих веществ.

Эффективное использование низкосортного твердого топлива возможно на основе технологий, предусматривающих комплексную его переработку. Теоретические основы комплексного энерготехнологического топливоиспользования были заложены в трудах наших соотечественников А.Б. Чернышева, З.Ф. Чуханова, В.А. Голубцова, Л.И.Хитрина и многих других. Большой вклад в разработку проблемы внесен школой, созданной профессором В.Г. Каширским в Саратовском государственном техническом университете.

В настоящее время комплексное использование твердого топлива рассматривается по меньшей мере в трех аспектах: во-первых, использование не только теплового потенциала для получения энергии, но и содержащихся в топливе ресурсов для производства химических продуктов, строительных материалов и т.д.; во-вторых, максимально возможное и целесообразное на данном этапе развития техники использование теплоты сгорания топлива или продуктов его переработки; в-третьих, предельное снижение всякого рода выбросов (в том числе и тепловых), загрязняющих окружающую среду. Технологии комплексного использования дают возможность крупномасштабного вовлечения низкосортного твердого топлива в промышленность страны.

В основе комплексного энерготехнологического использования твердого топлива лежат высокотемпературные термохимические процессы пиролиза и газификации. Применяемые для осуществления этих процессов реакторные устройства с плотным и кипящим слоями частиц топлива несовершенны и не обеспечивают требования современной технологии пирогазификации. Перспективными являются проточные трубчатые реакторы для переработки топлива в пылевидном состоянии. Для их широкого использования необходимо располагать методами расчета теплогидравлических характеристик, которые бы учитывали наличие химических реакций в потоке топливной газовзвеси, переменность свойств потока и другие специфические особенности термодеструктивных превращений исходного топливного вещества в проточном реакторе. Данное обстоятельство определило выбор предмета исследования диссертационной работы, а именно процессов в трубчатых реакторах, которые обладают целым рядом достоинств и могут рассматриваться как одно из возможных решений для новой энергетической техники.

Целью работы является разработка установки и методик расчета основных ее элементов- проточных трубчатых реакторов типа «газовзвесь» для термической обработки горючих сланцев в пылевидном состоянии.

Основными задачами исследования являются:

- разработка установки с трубчатыми реакторами для термической обработки горючих сланцев;

- разработка методики расчета характеристик течения потока топливной газовзвеси на адиабатическом разгонном и основном участках трубчатого реактора;

- уточнение эмпирических связей и математической модели для описания теплообмена стенки реактора с потоком химически реагирующей газовзвеси;

- получение корреляционных связей для технологических и энергетических показателей термоокислительного пиролиза сернистых сланцев;

- разработка алгоритма и программы комплексного расчета трубчатых реакторов для переработки сланцев;

- разработка методики расчета закалочных трубчатых устройств;

- оптимизация конструктивных и режимных характеристик реакторов- пирогазификаторов и закалочных устройств.

Научную новизну диссертации составляют следующие результаты, выносимые на защиту:

- новая установка для термической обработки горючих сланцев в проточных трубчатых реакторах типа «газовзвесь»;

- алгоритмы расчета характеристик течения адиабатического разгонного участка и основного участка проточного трубчатого реактора типа «газовзвесь»;

- алгоритм численного расчета теплообмена при течении в трубе потока газовзвеси с химически разлагающимися твердыми частицами;

-корреляционные связи и соотношения между параметрами термоокислительного пиролиза сернистых сланцев;

- алгоритм комплексного расчета трубчатых реакторов-пирогазифика-торов; результаты расчетов;

- алгоритм расчета трубчатого закалочного устройства типа «газовзвесь»;

- рекомендации по выбору оптимальных характеристик реакторов- пирогазификаторов и закалочных устройств.

Практическая ценность результатов работы заключается в разработке новой установки с трубчатыми реакторами, в создании расчетно-методических основ проектирования трубчатых реакторов, применение которых позволяет решать актуальные задачи эффективного использования низкосортного твердого топлива и создавать новую энергетическую технику.

Для всех разработанных расчетных алгоритмов составлены программы расчетов на ЭВМ.

Получен патент ФГУ ФИПС на изобретение № 2315910 «Установка для термической обработки измельченного твердого топлива». Основными элементами установки являются трубчатые реакторы.

Результаты исследования использованы в учебном процессе кафедры «Промышленная теплотехника» СГТУ.

На защиту выносятся: схема установки для термической обработки горючих сланцев в пылевидном состоянии; математические модели теплогидравлических процессов в трубчатых реакторах-пирогазификаторах и закалочных трубчатых устройствах; эмпирические корреляции для основных характеристик термоокислительного пиролиза сернистых сланцев; методики расчета реакторных устройств; результаты расчетов; рекомендации по выбору конструктивных и режимных характеристик реакторных устройств.

Достоверность результатов и выводов обеспечивается применением фундаментальных законов термодинамики, гидрогазодинамики, теплопередачи, использованием в математических моделях апробированных параметрических связей, проверкой разработанных расчетных методик на адекватность путем сравнения данных расчета с опытными данными разных авторов.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научных конференциях и семинарах Саратовского государственного технического университета (20002008 г. г.); на Второй Российской национальной конференции по теплообмену (Москва, октябрь 1998 г.); на II Международной научно-технической конференции «Повышение эффективности теплообменных процессов и систем» (Вологда, апрель 2000 г.); на IV Минском Международном форуме по тепломассообмену (Минск, май 2000 г.); на Всероссийской научной конференции «Тепло- и массообмен в химической технологии» (Казань, сентябрь 2000 г.); на XIII школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева «Физические основы экспериментального и математического моделирования процессов газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках» (Санкт-Петербург, май 2001 г.); на 2-й Всероссийской научно-технической конференции «Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства» (Череповец, май 2001 г.); на Четвертой Международной теплофизической школе «Теплофизические измерения в начале XXI века» (Тамбов, сентябрь 2001 г.); на Международной конференции «Технические, экономические и экологические проблемы энергосбережения» (Саратов, октябрь 2001 г.); на Третьей Российской национальной конференции по теплообмену (Москва, октябрь 2002 г); на ХIV школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках» (Рыбинск, май 2003 г.); на V Минском Международном форуме по тепло- и массообмену (Минск, май 2004 г.); на Международной научной конференции «Горючие сланцы – альтернативный источник топлива и сырья. Фундаментальные исследования. Опыт и перспективы» (Саратов, май 2007 г.); на ХVI школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках» (Санкт-Петербург, май 2007 г.); на VI Минском Международном форуме по тепло- и массообмену (Минск, май 2008 г.); на Третьей Международной научно-практической конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов) СЭТТ-2008 (Москва, сентябрь 2008 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе 2 статьи в журнале, рекомендованном ВАК, и 15 статей в сборниках научных трудов и материалов конференций. Имеется патент на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Основная часть изложена на 137 страницах, содержит 37 рисунков и 6 таблиц. Список использованной литературы включает 131 наименование, в том числе 14 иностранных источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе «Использование горючих сланцев и установка для их термической обработки» на основании анализа опубликованных данных сформулированы основные современные мировые тенденции развития энергетики: изменение структуры топливно-энергетического баланса в сторону большего использования твердого топлива; наряду с централизованным производством энергоносителей (крупная станционная энергетика) активно развиваются системы распределенной генерации энергии (завод, поселок, жилой дом и т.д.); развитие газогенераторных технологий для ПГУ, ДВС, ГТУ, ТЭ, экологически чистых и с конкурентоспособными показателями.

В США, Европе, Японии выполняются крупные межнациональные и национальные программы по внедрению экологически чистых технологий энергетического использования твердого топлива.

В России развитие этих технологий запланировано в материалах Энергетической стратегии, экологической программы РАО «ЕЭС России» на период до 2010 года, «Программы обновления основного оборудования ТЭС РАО «ЕЭС России» на период до 2010 года» (техническое перевооружение энергоблоков КЭС и ТЭЦ аппаратами с газификацией твердого топлива различными способами), концепции программы «Энергоэффективная экономика» на 2007-2010 годы и на перспективу до 2015 года.

Исключительно важной экономической задачей является вовлечение в топливно-энергетический баланс страны больших запасов низкосортного твердого топлива. Для Поволжского региона – это, прежде всего, горючие сланцы, отличающиеся повышенным содержанием серы. Научной школой проф. В.Г. Каширского разработаны технологии комплексного энерготехнологического использования волжских горючих сланцев, головными процессами в которых являются пиролиз или газификация. Технологии обеспечивают получение из сланца наряду с вторичными энергоносителями (газ, кокс) целого ряда ценных и уникальных по своим свойствам продуктов и полупродуктов различного целевого назначения.

В настоящее время проблема комплексного энерготехнологического использования топлива – это, главным образом, проблема аппаратурного оформления головных процессов пиролиза и газификации. Реакторные устройства для осуществления данных процессов должны обеспечивать высокотемпературный нагрев топлива со скоростью 103104 К/с за время не более 110-1 с. Регулирование названных параметров позволяет управлять процессом пирогазификации. Важной операцией в технологии пирогазификации твердого топлива является закалка удаляемой из реактора парогазовой смеси. Закалка позволяет оптимизировать состав смеси и способствует повышению выхода целевых продуктов.

Выполненный в работе анализ показал, что наилучшим образом реализовать требования технологии пирогазификации удается при использовании проточных трубчатых реакторов типа «газовзвесь». Большое их преимущество состоит в возможности передавать топливному потоку тепло от внешнего источника через стенку реактора. Высокая интенсивность теплообмена газовзвеси со стенкой способствует передаче тепла в количестве, необходимом для покрытия тепловых эффектов сильно эндотермических химических превращений в потоке.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»