Исследование и разработка технологии газификации малозольных углей в плотном слое под давлением при паровоздушном дутье тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

На правах рукописи

004600430

НАГОРНОВ Алексей Николаевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ГАЗИФИКАЦИИ МАЛОЗОЛЬНЫХ УГЛЕЙ В ПЛОТНОМ СЛОЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ ПРИ ПАРОВОЗДУШНОМ ДУТЬЕ

01.04.14 - теплофизика и теоретическая теплотехника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Барнаул 2010

' 1 АПР 2010

004600430

Работа выполнена в Алтайском государственном техническом университете

имени И.И. Ползунова

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Сеначин Павел Кондратьевич Научный консультант: кандидат технических наук

Загрутдинов Равиль Шайхутдинович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент

Пузырев Евгений Михайлович кандидат технических наук, профессор Фурсов Иван Дмитриевич

Ведущая организация:

Уральский Федеральный университет им. Б.Н.Ельцина (УГТУ-УПИ), г. Екатеринбург

Защита состоится «16» апреля 2010 г. в 14.30 часов на заседании Диссертационного совета Д 212.004.03 при Алтайском государственном техническом университете им. И.И. Ползунова по адресу: 656038, г. Барнаул, пр. Ленина, 46, АлтГТУ. E-mail: D21200403fiimail.ru. тел/факс (3852)260516.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АлтГТУ.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью Вашего учреждения, просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан «75» марта 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

А.Е. Свистула

Подписано в печать 10.03.2010. Формат 60*84 1/16. Печать - цифровая.

Усл.п.л. 1,39. Тираж 120 экз. Заказ 127/2010. Отпечатано в типографии АлтГТУ, 656038, г. Барнаул, пр-т Ленина, 46. Лицензия на полиграфическую деятельность № 28-35 от 15.07.97.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Общемировая тенденция к увеличению цен на углеводородные топлива подталкивает потребителей искать альтернативные более дешевые энергоносители. Газификация твердых топлив является одним из путей поддержания конкурентоспособности ряда производств. Многие технологические процессы требуют большого количества тепловой энергии, которую можно легко получить путем сжигания газа, полученного газификацией угля. Кроме того, генераторный газ может быть использован в газопоршневых электроагрегатах, что является актуальным для автономного энергообеспечения отдаленных производственных и гражданских объектов.

Интерес к технологиям переработки низкосортных твердых топлив (бурых и каменных углей), антрацитов, горючих сланцев, торфа, древесных отходов и т.д. на установках термохимической конверсии (газификации и пиролиза) в настоящее время возрастает в связи с неизбежным переходом мировой энергетики на малоуглеродные и неуглеродные технологии. Среди ведущих направлений предстоящей диверсификации энергетики будут технологии газификации твердых топлив.

В соответствии с этим основной целью работы является развитие существующих представлений о генерации горючих газов в плотном слое и разработка технологии их производства в газогенераторах Лурги, работающих под давлением на малозольном шубаркольском угле при паровоздушном дутье (ПВД), в том числе:

• определение возможности организации эффективного процесса газификации под давлением малозольного шубаркольского угля в газогенераторах Лурги при ПВД;

• определение оптимального газификационного соотношения «пар-воздух» (показателей газификации) в дутьевой смеси и диапазона надежной бесшлаковочной работы газогенераторов Лурги с ПВД при газификации шубаркольского угля (содержащего предельно низкое количество минеральной части - зольного остатка);

• разработка математической модели физико-химических процессов газификации углей в плотном слое газогенератора Лурги.

Для достижения этих целей решались следующие задачи.

• Анализ существующих методов газификации углей в плотном слое при ПВД, определение возможности газификации низкозольного шубаркольского угля в газогенераторах Лурги при ПВД и оптимизации соотношения объемов пара и воздуха в дутьевой смеси.

• Проведение систематических экспериментальных исследований на промышленных газогенераторах Лурги, работающих на низкозольном шубаркольском угле при ПВД и определение оптимальных значений показателей газификации.

• Сравнительный анализ режимов газификации угля при паровоздушном и парокислородном дутье (ПКД) и определение целесообразности работы Фабрики газификации угля на ПВД.

• Разработка математической модели физико-химических процессов газификации углей в плотном слое газогенератора Лурги на основе анализа существующих теоретических методов и новых экспериментальных данных.

Научная новизна (положения, выносимые на защиту).

• Оптимальные значения показателей газификации газогенераторов Лурги, работающих на низкозолыюм шубаркольском угле при ПВД.

• Результаты экспериментальных исследований работы газогенераторов Лурги при ПВД под давлением.

• Математическая модель физико-химических процессов газификации углей в плотном слое газогенератора Лурги.

Практическая значимость.

• Разработана конструкция газогенератора Лурги под давлением, способного работать на низкозольном угле.

• Проведен сравнительный анализ результатов исследований работы газогенераторов Лурги на ПКД и ПВД.

• Анализ технико-экономических показателей работы газогенераторов Лурги показал возможность реализации технологии газификации углей на ПВД с одновременным производством кокса.

Достоверность и обоснованность научных положений определяется использованием достоверных результатов и современных мировых достижений в рассматриваемой области исследований, проведением модельных и широкомасштабных натурных экспериментальных исследований с применением современных экспериментальных методов.

Апробация работы. Результаты исследования докладывались на конференциях различного уровня: II Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы энергетики. Энергоресурсосбережение» (Самара, 2004), конференции «Техперевооружение объектов энергетики на основе продуктов и услуг Уральского турбинного завода» (Екатеринбург,

2004), 3-й Международной научно-практической конференции «Энергоресурсосбережение, оптимизация энергопотребления и обеспечение экологической безопасности на предприятиях металлургической, горной и нефтехимической промышленности» (Санкт-Петербург, 2005), I Международной научно-технической конференции и Инвест-форуме Восточно-Казахстанской области «Энергетика, экология, энергосбережение» (Казахстан, Усть-Каменогорск, 2005), IV Международной научно-технической конференции «Достижения и перспективы развития энергетики Сибири» (Красноярск,

2005), I и II Всероссийских научно-практических конференциях с международным участием «Энергетические, экологические и технологические проблемы экономики - ЭЭТПЭ-2007 и ЭЭТПЭ-2008» (Барнаул, 2007 и 2008), III

Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы энергетики» (Екатеринбург, 2007), Всероссийском семинаре кафедр вузов по теплофизике и теплоэнергетике (Красноярск, 2009), 5th International Conference on «Technical and Physical Problems of Power Engineering» TPE-2009, (Bilbao, Spain, 2009), Международной научно-технической конференции «Технологии эффективного и экологически чистого использования угля» (Москва, ВТИ, 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 печатных работ, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованном ВАК, 6 тезисов и 9 докладов на конференциях различного уровня, учебное пособие и монография.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Содержит 144 страницы, 29 рисунков, 12 таблиц и 130 цитированных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи диссертационной работы, показаны ее научное и практическое значения, изложены основные положения, выносимые на защиту. 1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩЕГО ОПЫТА ГАЗИФИКАЦИИ УГЛЕЙ В ПЛОТНОМ СЛОЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ С ПАРОВОЗДУШНЫМ ДУТЬЁМ

В середине прошлого века в СССР был выполнен огромный комплекс исследований процессов газификации твёрдых топлив под давлением.

• В лабораторных условиях проводились исследования термодинамических характеристик процессов газификации под давлением до 30 МПа, которые, в основном, выполнялись в ИГИ (г. Москва) и других НИИ.

• На основе теоретических исследований и эмпирических зависимостей, полученных в лабораторных условиях и на опытно-промышленных установках, были разработаны методики теплового расчёта газогенераторов.

• В лабораторных условиях, на опытно-промышленных и промышленных установках исследовались характеристики процессов газификации различных видов твёрдого топлива (торфа, бурых и некоторых марок каменных углей) под давлением на ПКД и ПВД.

Рассмотрено состояние технологий газификации углей в плотном слое под давлением при ПВД и влияние основных характеристик топлива и физико-химических процессов в реакторе газификатора на технологические и экономические показатели работы газогенератора Лурги.

Рассмотрена классификация, основные свойства и характеристики углей как сырья для получения генераторных газов. Показано, что процесс газификации под давлением может быть организован не только на ПКД, но и на ПВД и других видах дутья, при этом пригодность конкретного топлива (в том числе с предельно низким содержанием минеральной части) для газификации с ПВД может быть окончательно установлена только в результате испытания на промышленных установках газификации.

2 ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ГАЗОГЕНЕРАТОРОВ ЛУРГИ ПРИ ПАРОВОЗДУШНОЙ ДУТЬЕ

В газогенераторах Лургн, работающих под давлением, на АО «Алюминий Казахстана» газифицировался Шубаркольский длиннопламенный каменный уголь марки Д (таблица 1). Особенностью выбора топлива для газификации являлась необходимость применения низкозольного угля, используемого в технологии завода при обжиге гидрооксида алюминия.

В мировой практике эксплуатации газогенераторов Лурги газификация угля с зольностью Ал=3,5-3,7% не имела место (ранее газифицировались угли с зольностью не менее Ал=10-12%). Это связано с тем, что низкая зольность топлива ограничивает возможность его газификации в плотном слое.

Таблица 1 - Характеристики газифицируемого угля

Состав угля (на рабочую массу): Значение

Влажность (W,r), % 11,41

Зольность (Аг),% 3,17

Содержание горючих веществ (100-W-A)r, % 85,42

Горючие вещества:

Летучие вещества (V)aal, % 46,96

Нелетучие вещества (NV0)°ai, % 53,04

Состав горючих веществ:

Саа', % 77,81

Hda', % 5,4

о®" 14,86

NT, % 1,59

Sora* t % 0,34

Температурные характеристики золы (в полувосстановительной среде):

Температура начала спекания Ts, К 1095-1100

Температура начала размягчения Тд, К 1465-1475

Температура начала плавления Тв, К 1560-1680

Температура жидкого состояния Тс, К 1630-1770

Высшая теплотворная способность (Qs) (HHV) 26,9 МДж/кг (6435 к кал/кг)

Низшая теплотворная способность (Q,) (LHV) 25,61 МДж/кг (6127 к кал/кг)

Индекс (показатель) свободного набухания FSI 0,5

Размер зерна (крупность) угля 5*30 мм

Частицы с размерами < 10 мм Максимум 3 % по весу

Схема газогенератора Лурги для газификации Шубаркольского каменного длиннопламенного угля крупностью 5-30 мм в стационарном слое под давлением и схема экспериментального контроля с точками замера основных анализируемых параметров работы на ПВД приведена на рисунке 1. Погрешность измерения температуры сред термосопротивлениями и термопреобразователями составляла ±0,3-0,5%, а в зонах реактора - 0,75%, давления -±0,25%, расхода газовых сред и концентраций ±1,0%.

Для работы на ПВД в конструкцию газогенератора были внесены изменения: 1) реконструирован смеситель системы подачи ПВД с подачей воздуха

по двум каналам - пусковом воздушном и кислородном; 2) смонтированы и испытаны две схемы наддува и сброса давления угольного и зольного шлюзов - перегретым паром и генераторным газом (была принята схема наддува генераторным газом); 3) демонтирована система механической очистки газовыпускного отверстия от отложений; 4) изменена схема выпуска золовых остатков из золового шлюза (заменена схемой обезвоживания шлака).

Газогенератор работал при давлении воздуха и пара перед смесителем равном 1,4 МПа, а газификация угля производилась под давлением 1,2-1,3 МПа. В таблице 2. представлена схема непрерывного прямого процесса газификации (движение топлива и газов - противоточное) в плотном слое с твёрдым золоудалением, а в таблице 3 приведены параметры дутьевой смеси.

Таблица 2 - Характеристика процессов газификации в плотном слое

Зоны в газогенераторе Процессы,реакции Выделяемые и транспортируемые компоненты

Надслойное пространство Генераторный газ, унос угольной пыли, водяные пары, смолы

Зона сушки и нагрева (выделения летучих веществ) Сушка топлива и сухая перегонка угля Водяные пары и смолы, Н2Э, СНд, СтНп, С02, СО, Н2, Н20

Вторая восстановительная зона (низкотемпературной карбонизации) С + С02 = 2СО С + 2Н2 = СН4 СО + Н20 = С02 + н2 со2, СО, Н2, СНА, Н20

Первая восстановительная зона (высокотемпературной карбонизации) С + С02 = 2 СО С + Н20 = СО +н2 СО + Н20 = С02 + н2 С02, СО, Н2, Н20

Окислительная реакционная зона (кислородная) с + о2 = со2 С + С02 = 2 со 2СО + 02 = 2С02 о2, со2, СО, Н20

Зольная подушка Зола, шлак, кокс

Таблица 3 - Параметры паровоздушной дутьевой смеси

1 Общее количество дутьевого пара на газогенератор, т/ч 1,7

3 Количество внешнего дутьевого пара в смеси, т/ч 0,4

2 Количество воздуха в дутье газогенератора, м^ч 3600

3 Количество кислорода в дутье, м'/ч 756

4 Давление дутьевой смеси, МПа 1,0-1,1

5 Температура внешнего пара в дутье, К 550-570

6 Давление внешнего пара в дутье (регулируемое), МПа 1,56

Зависимости, используемые при анализе работы газогенераторов Пурги при ПВД. В соответствии поставлешшми с целями исследования режимов работы газогенераторов Лурги на ПВД в экспериментах проверялись:

• соотношения входных параметров (состав и концентрация газифицирующей смеси - показатели газификации) и выходных (содержания отдельных компонентов неочищенного газа, теплотворной способности, удельной теплоты сгорания);

• зависимости выходных параметров (содержания отдельных компонентов неочищенного газа, теплотворной способности, удельной теплоты сгорания) от температуры дутьевой смеси;

• зависимости температур слоев угля в зонах сушки топлива Т\ (температур слоя угля в зоне сушки) и в зоне низкотемпературной карбонизации Т2 от коэффициента газификации и температуры дутьевой смеси;

• соотношения выходных параметров генераторного газа (содержания отдельных компонентов неочищенного газа, теплотворной способности, удельной теплоты сгорания) и температур слоев угля в зонах сушки и начала пиролиза топлива Т\ (температур слоя угля под ретортой) и в зоне низкотемпературной карбонизации (полукоксования) Т2.

Рисунок 1 -Схема газогенератора Пурги и расположение точек измерения контролируемых сред приПВД

Определяющими факторами процесса, оказывающими максимальное влияние на режим работы газогенераторов, являются газификационные соотношения К1 и К2 (коэффициенты или показатели газификации):

• К1 - отношение количества внешнего перегретого дутьевого пара (кг/час) к количеству содержащегося технического (95%-го) кислорода в дутьевом воздухе при нормальных условиях (нм3/час) К! = <2^02 , [кг Я20/нм3 Ог\,

• К2 - отношение суммарного (внешнего перегретого и внутреннего насыщенного) дутьевого пара (кг/час) к количеству кислорода в дутье

к2 = д2/р„2 = (е, + а) /г02, [кг н2о/ нм3 о2].

В работе при ПВДрассматриваются следующие зависимоспш:

- зависимость между коэффициентами К2 и К];

- изменение состава и теплотворной способности генераторного газа от коэффициентов газификации;

- влияние на состав и теплотворную способность генераторного газа температуры дутьевой смеси;

- влияние режима работы газогенератора на температуру верхних слоев гази-фицируемого топлива.

3 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ РАБОТЫ ГАЗОГЕНЕРАТОРОВ ЛУРГИ НА ПАРОВОЗДУШНОМ И ПАРОКИСЛОРОДНОМ ДУТЬЕ

Изменение состава генераторного газа и его теплотворной способности от коэффициентов газификации. На рисунке 2 представлены зависимости объёмных концентраций составляющих парокислородного и паровоздушного генераторных газов (%) от коэффициента газификации Кь

Из зависимостей для ПКД и ПВД видно, что характеры изменения компонентов газов от величины газификационного отношения отличаются. При ПКД с увеличением коэффициента К1 повышается содержания диоксида углерода и метана за счёт снижения образования монооксида углерода, что вполне соответствует рассмотренным в работе физико-химическим процессам, протекающим в восстановительных зонах газогенератора Лурги.

На рисунке 3 представлены зависимости теплотворной способности парокислородного и паровоздушного генераторных газов (МДж/нм3) от коэффициента газификации К].

При ПВД в диапазоне К,=0,22-1,50 характеры зависимостей изменения концентрации компонентов и калорийности газа не столь однозначны, как те же зависимости при ПКД - до К, =0,7 количество СО и, соответственно, теплотворная способность газа незначительно повышаются, а затем начинают снижаться. Но, этот изгиб настолько незначителен, что характер зависимости можно считать линейным. Отметим, что здесь и в предыдущих разделах, теплотворная способность газа приведена без учёта тяжёлых углеводородов СпЯт , а только по трём горючим компонентам (СО, Н2 и СЯ4).

Изменение температур в зоне сушки и нагрева Г] и в зоне низкотемпературной карбонизации Тг от коэффициента газификации К1. Как можно видеть из зависимостей температур верхних слоёв угля в реакторе Т\ и Т2 от коэффициента газификации для ПКД и ПВД (рисунок 4), их характер примерно одинаков. Видно, что при ПВД средний температурный уровень в зоне низкотемпературной карбонизации выше, чем при работе газогенератора Лурги на ПКД, хотя в зоне сушки и нагрева топлива значения температур газа примерно одинаковы.

С02,Н21С0,СН4^(К1)

В30

п

I 20

о

и

.. ¡„... I .... I.,,,... 3 4 5 6 Коэффициент. К1

1|1

2 4 6

Коэффициент, К1

2 юоо

3 4 Б

Коэффициент, К1

| ♦ Т1(ПВД)ТЦПКД) А Т21ПВД) ■ Т2(ПКД)[

Рисунок 2 -Зависимости объёмных концентраций составляющих паровоздушного и парокислородного генераторных газов (%) от коэффициента газификации «1

Рисунок 3 -Зависимости теплотворной способности паровоздушного и парокислородного генераторных газов <Э от коэффициента газификации «1

Рисунок 4 -Зависимости температур в зоне прогрева и сушки Ъ и в зоне низкотемпературной карбонизации Т2 от коэффициента газификации ^

На рисунке 4 заметен сильный разброс точек, отражающих отдельные режимы работы газогенератора. Это объясняется тем, что зависимости построены по результатам обработки многочисленных испытаний, выполненных на разных газогенераторах в течение трёх с лишним месяцев. При этом в

анализе невозможно было учесть изменение различных параметров и факторов, важнейшими из них являлись качество загружаемого в газогенераторы топлива - изменение влажности, фракционный состав и пр. Не были стабильными и характеристики дутья (температуры внешнего пара и воздуха и их соотношения). Как известно, границы зон в реакторе не являются постоянными, а зависят от множества параметров, в том числе перечисленных выше.

Из рисунка 4 видно, что как при ПКД, так и при ПВД зависимости температур газа в зоне низкотемпературной карбонизации имеют параболический характер со своими максимумами температур. Причём максимумы температур в зоне низкотемпературной карбонизации Т2 отражают оптимальные процессы в зонах реактора, расположенных ниже, с точки зрения технологического режима и качества генерируемого газа. Вид зависимостей температур в зоне сушки сильно зависит от качества угля (особенно его влажности) и частоты загрузки (рабочей мощности газогенератора), а также от характера процессов, происходящих в активной зоне и зонах восстановления.

Изменение соотношения между коэффициентами газификации К1 и К2. На рисунке 5 представлены зависимости коэффициента газификации К2 от коэффициента К! для двух типов дутья - ПВД и ПКД. Видно, что если зависимости при ПВД и ПКД рассматривать совместно, то они могут быть описаны линейной функцией, которая с незначительными погрешностями может быть обобщена линейной функцией К2=1,9+1,0-К].

К2=^К1)

••1

«• в

г?

»пвд «пкд

Коэффициент, К1

Рисунок 5 -Зависимость между коэффициентами газификации К2 и К,

Как и все другие сравниваемые функции от К1 , эти зависимости располагаются в разных не пересекающихся областях диапазона изменения К1. Разность К2-К1 по сути дела является характеристикой тепловыделения в реакторе и показывает степень парообразования в его контуре охлаждения, Тогда становится очевидным, что в режиме ПКД с повышением коэффициента газификации тепловыделение в реакторе увеличивается при одновременном снижении СО и снижении качества газа. То есть, увеличение пара в дутье приводит к ухудшению условий для эндотермических реакций, что согласуется с теорией. В режиме ПВД, при относительно низком температурном

уровне в реакторе, увеличение пара в дутье с К] равного 0,22 до 1,00 не приводит к заметному увеличению теплосъёма. При дальнейшем увеличении К! коэффициент К2 также увеличивается.

Изменение состава генераторного газа и его теплотворной способности от температуры дутьевой смеси. На рисунке 6 представлены зависимости объёмных концентраций составляющих паровоздушного и пароки-слородного генераторных газов (в %) от температуры дутьевой смеси.

Низкая область температур дутьевой смеси при ПВД объясняется тем, что, воздух перед смешением с паром предварительно не подогревался. Увеличение концентрации относительно «холодного» пара в дутье снижает температуры горения в активной зоне, а в восстановительных зонах ухудшаются условия для эндотермических реакций, что характеризуется снижением концентрации СО и теплотворной способности газа (рисунок 7).

Изменение температур в зоне сушки Г, и в зоне низкотемпературной карбонизации Т2 от температуры дутьевой смеси. Эти зависимости для режимов ПВД и ПКД приведены на рисунке 8.

Обращает на себя внимание схожий характер изменения зависимостей температур в зоне сушки топлива и его нагрева при обоих видах дутья - ПВД и ПКД. Все значения температур располагаются в интервале 450-650 К при средних значениях 500-550 К.

При работе газогенератора на ПЕД зависимость температура в зоне низкотемпературной карбонизации Т2 заметно повышается с увеличением пара в дутье (соответственно с повышением температуры дутьевой смеси). Концентрация СО в газе уменьшается, теплотворная способность газа снижается, а температура в зоне низкотемпературной карбонизации Т2 повышается

Технико-экономические показатели газогенераторов Лурги, работающих под давлением, при ПВД и ПКД, представлены в таблице 4.

Низкая температура дутьевой смеси является следствием наличия в нём большого (до 3600 нм3/ч) количества относительно холодного (около 310340 К) воздуха. При дополнительном подогреве воздуха хотя бы до 520-570 К экономичность работы газогенератора могла бы резко повыситься. При этом процесс мог бы проводиться с более высоким содержанием водяного пара в дутье и увеличением образованием водорода в газе.

Таким образом, КПД газификации при ПКД %) выше, чем

при ПВД (с использованием кокса) примерно на 6 %. Однако, КПД газогенератора при ПКД (?;,,=64,7%) ниже, чем при ПВД (с использованием кокса) примерно 1,5 %. Следует отметить, что в расчёте КПД не учитывалась удельная теплота сгорания смол, выделяемых из газа, также большей частью сжигаемых вместе с газом в печах обжига гидрооксида алюминия.

Сравнение себестоимости производства генераторного газа при ПВД и ПКД. Выбор вида дутья определяется из экономических соображений. Что дешевле - иметь качественный газ и полностью сжигать его в печах обжига, замещая мазут, или при некачественном газе, дополнительно сжигать

кокс, получаемый на Фабрики газификации угля? Для облегчения выбора в таблице 5 приведен расчёт себестоимости генераторного газа при ПВД и ПКД (цены приняты по рынку Казахстана).

С02,Н2,С0,СН4=((Тсм)

50

40

if 30 2

Н2

20

10

400 450 600 650 600 Температура дутьевой смеси, T

Q=f(TcM)

650

12 10

s.

«ПВД ■ ПКД

400 450 500 550 600

Температура дутьевой смеси, К

T = f(TcM)

% *

Ж жр

'йар-"

■ТЦПКД)

450 500 550

Температура дутьевой смеси, К

Рисунок 6 -Зависимости объёмных концентраций составляющих паровоздушного и парокислородного генераторного газа (%)

от температуры дутьевой смеси

(К)

Рисунок 7 -Зависимости теплотворной способности

паровоздушного и парокислородного генераторного газа (МДж/нм3)

от температуры дутьевой смеси Тш (К)

Рисунок 8 -Зависимости температур в зоне прогрева и сушки Т, и в зоне

низкотемпературной карбонизации Тг от температуры дутьевой смеси

№ п/п Наименование параметра Обозн. Ед.изм. Значение ПКД Значение ПВД

1 Расход газа V нм7ч 9250 6550

2 Расход угля кг/ч 5200 3440

3 Расход пара в дутье О (кг/ч) 4900 400

4 Расход кислорода в дутье У02 (нм'/ч) 1320 750

5 Температура пара Тп к 600 560

6 Состав газа, %: - - - -

н2 - % 41,1 18,34

СО - % 23,0 14,92

С02 - % 28,3 16,00

СН4 - % 7,5 3,92

о2 - % 0,1 0,67

7 Теплотворность газа без учёта Ог МДж/нм3 (ккал/нм3) 10,05 (2400} 5,27 (1260)

8 Теплотворность газа с учётом СпНт Ог МДж/нм3 (ккал/нм3) 10,38 (2480') 5,90 (1410)

9 Содержание горючих в золе (в виде коксовых частиц), для ПКД ^ % 5

10 Количество кокса в удаляемой золе в„ кг/ч - 675

11 КПД без использования кокса: - газификации - газогенератора (низший) ^/газиф Г?гг % % 72,1 64,7 45,2 42,6

12 КПД с учётом кокса: - газификации - газогенератора (низший) Г) гаэиф Пп % % - 66,4 66,1

Себестоимость генераторного газа ПВД в таблице приведена без учёта стоимости получаемого кокса и - с учетом стоимости кокса (при выработке 1000 им3 паровоздушного газа получается 103 кг кокса). В этом случае себестоимость 1 т.у.т. газа ПВД будет стоить 51,16 долларов США, то есть ниже себестоимости генераторного парокислородного газа.

Таблица 5 - Расчет себестоимости генераторного газа при ПВД и ПКД _(на 1000 нм3 сухого генераторного газа)__

№№ п/п Наименование показателя ПВД ПКД [85]

1 Топливная составляющая: - количество угля, кг - стоимость угля, $ США 525 8,77 562 9,39

2 Стоимость электроэнергии на компримирова-ние и прочее оборудование, $ США 6,36 4,51

3 Стоимость внешнего пара и химочищенной воды, $ США 0,58 5,06

4 Доля фонда заработной платы в газе, $ США 2,27 1,61

5 Себестоимость 1 т.у.т. (1000 нм4 газа теплотворной способностью 7000 ккал/нм3), $ США 89,26 58,06

6 Себестоимость 1 т.у.т. (с учётом использования кокса стоимостью 100 $ за тонну), $ США 51,16 58,06

4 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГОРЕНИЯ И ГАЗИФИКАЦИИ УГЛЕЙ В ПЛОТНОМ СЛОЕ ГАЗОГЕНЕРАТОРА ЛУРГИ

Реакции взаимодействия топлива с кислородом дутьевой смеси являются первичными и, как правило, протекают в окислительной (кислородной) зоне (рисунок 1, таблица 2). Кинетика взаимодействия диспергированного угля с кислородом довольно сложна. Многие аспекты этого взаимодействия до настоящего времени остаются предметом дискуссионного обсуждения -проблеме посвящено большое число отечественных и зарубежных работ. В настоящее время, в основном, рассматриваются макрокинетические модели взаимодействия кислорода с углеродом кокса. Основные химические реакции - макрокинетики процесса газификации твердого топлива, учитываемые в данной работе, приведены в таблице 2. При описании макрокинетики химических процессов в газогенераторе Лурги, кроме кислородной зоны мы выделяем еще одну реакционную зону - зону карбонизации (объединяя высокотемпературную и низкотемпературную зоны).

Физическая модель пористой среды. В работе принята следующую физическая модель насыщенной гетерогенной пористой среды.

1. Среда состоит из плотно упакованных твердых частиц, пространство между которыми заполнено смесью идеальных газов при невысоких давлениях (р = 1 МПа), с плотностью значительно меньшей плотности скелета.

2. В составе газовой смеси и твердых фаз присутствуют как инертные, так и химически активные вещества, взаимодействующие между собой с выделением (поглощением) тепловой энергии и образованием конденсированных и газообразных продуктов. Предполагается, что частицы скелета состоят из твердого реагента и инертного балласта, а газовая смесь в порах - из окислителя, инертного газа и продуктов реакций.

3. Температура плавления твердых фаз весьма высока и изменения агрегатного состояния не происходят (кроме учитывамых химических реакций).

4. При горении скелет пористой среды не деформируется, обладает постоянной пористостью, покоится или движется с одинаковой для всей среды

скоростью и* относительно стенок, ограничивающих вертикальный реактор.

5. Фильтрационное движение газа в порах (относительно скелета) вследствие компактной упаковки частиц происходит с достаточно малой скоростью \\<ф .

6. Работа сил давления и тяжести, изменение кинетической энергии и импульса при фильтрации газа несущественны и не учитываются.

Рассмотрены основные гипотезы феноменологического метода описания усредненных характеристик пористой среды, включающей количественное описание процессов переноса энергии, импульса и массы в гетерогенных пористых средах, структура и характеристики которых носят неупорядоченный, статистический характер. Анализ основан на феноменологическом ме-

тоде описания «усредненных характеристик среды», предложенном Р.И. Нигматулиным, и решении задачи о скорости распространения волны горения в пористой среде при внешнем подводе газообразного окислителя А.П. Алдушиным, А.Г. Мержановым и Б.И. Хайкиным, положенным в основу балансного метода анализа непрерывного слоевого процесса Г.С. Суховым и Л.П. Яриным.

Математическая модель физико-химических процессов в различных зонах реактора газогенератора Пурги. Примем для обозначения фаз рассматриваемой гетерогенной системы общий индекс «г» и частные индексы «g»- газ (gas), «Л»- твердый (hard) реагент, «/>»- балласт (ballast), а для обозначения компонентов газовой фазы - общий индекс «5», в том числе «1»- кислород О2, «2»- азот #2, «3»- водяной пар Н20, «4»- двуокись углерода С02, «5»- окись (монооксид) углерода СО, «6»- водород Н2, «7»- метан СЯ4.

Пусть имеется прямоточный реактор цилиндрической формы радиусом г (рисунок 9), работающий под давлением р, в котором протекает процесс горения и газификации угольного слоя достаточно большой толщины. Твердая фаза (уголь фракции 5,0-30,0 мм) подается сверху со скоростью и* относительно стенок реактора газификатора. Движение твердой фазы происходит под действием гравитационной силы. Эта твердая фаза (кокс угля) в стационарном режиме работы газогенератора поступает во фронт пламени со скоростью горения wj . ПКД или ПВД первичный и вторичный пар и 95 % технический кислород или воздух поступают снизу через колосниковую решетку и зольную подушку VII (рисунок 9) с относительной скоростью фильтрации

w-ф . При этом пространственная (видимая) скорость фронта пламени ну и скорость движения газовой фазы и относительно стенок запишутся:

Рисунок 9 -Структура волны горения и профили концентраций компонентов газовой фазы и температуры слоя по высоте реактора газификатора Пурги (z,-zVi - координата фронта пламени; h - высота активной части реактора, приведенной на рисунке)

Математическая модель рассматриваемых зон включает: ■ уравнения тепломассопереноса с химическими реакциями

(н>ф- и )Цс3р3 - и(ссрс + сьрь)

Рси ~ ^с 2 м'а аг у

¿ц

тс£*,гс

1

С1Т а(гт Т^

— = IМ] + Я -~У--(Т - Т0),

с1г ] ¿г г

- уравнения закона Дарси, состояния и концентрации компонентов газовой фазы и стехиометрическое соотношение

йг кф М*

Рс=РсЬ~п),

- макрокинетический закон горения кокса по реакциям газификации и уравнения скоростей газофазных реакций

= КуБс(\- Г]), КС] = Р1А1/[\/кщ + ¿о/Ш^),

= к^п 4 ^хр(-Еу/КТ) , Мид=2 + 2,22Ре^

и другие соотношения.

Граничные условия учитывают, что рассматривается проточный реактор с охлаждаемым входом и секцией с отводящим генерируемый газ устройством, нарушающим сплошность движения твердофазных компонентов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

Основные результаты работы состоят в следующем.

1. Анализ существующих методов газификации углей в плотном слое под давлением показал, что промышленная эксплуатация газификаторов плотного слоя под давлением (в том числе газификаторов Лурги) при паровоздушном дутье (ПВД) ранее не имела места. Эксплуатация газогенераторов на угле с зольностью не превышающей Аа=3,5-3,7 % также ранее не имела места (обычное значение зольности 10-15%).

2. Проведены систематические экспериментальные исследования на промышленных газогенераторах Лурги и доказана принципиальная возможность газифицирования шубаркольского низкозопьного (А(1=3,17%) длинно-пламенного каменного угля марки Д в плотном слое под давлением с ПВД. Показано, что процесс газификации проходит с низкими энергетическими характеристиками даже при полезно используемом коксе в золовых остатках -КПД газификации без использования кокса 45,2 %, а с использованием кокса -66,4 %, что ниже чем при ПКД - 72,1 %. При этом КПД газогенератора без использования кокса 42,6 %, а с использованием кокса - 66,1 %, что превышает соответствующий показатель при работе с ПКД, равный 64,7 %.

3. Обобщены экспериментальные данные по режимам работы промышленных газогенераторов Лурги на ПВД, в том числе получены:

• экспериментальные зависимости выходных параметров газа (объемной концентрации составляющих генераторного газа и его калорийности О (МДж/нм ) от коэффициента газификации К1 (в диапазоне 0,2-1,5);

• экспериментальные зависимости температур газа в слоях реактора (Г1) и (Т2) от коэффициента газификации К1 в указанном диапазоне его изменения;

• оптимальные значения коэффициентов газификации К1 (диапазон -0,4-0,6) и К2 (диапазон - 2,3-2,5);

• диапазон безшлаковочной работы газогенераторов Лурги при ПВД при значениях К1 от 0,4 до 0,7.

4. Сравнительный анализ результатов исследований работы газогенераторов Лурги на паровоздушном и парокислородном дутье показал экономическую целесообразность работы Фабрики газификации АО «Алюминий Казахстана» (г. Павлодар) на паровоздушном дутье при условии использования дополнительно получаемого кокса в золовых остатках.

- Минимальную себестоимость 1 тонны условного топлива (т.у.т.), то есть 1000 нм3 газа теплотворной способностью 29,3 МДж/нм3 (7000 ккал/нм3) имеет газ ПКД и составляет 58,1 долларов США. Себестоимость 1 т.у.т. газа ПВД, существенно выше и составляет 89,3 долларов США.

- Себестоимость 1 т.у.т. газа ПВД, при условии использования дополнительно получаемого кокса, составляет 51,2 долларов США, что ниже себестоимости газа при ПКД. Это экономически оправдывает эксплуатацию Фабрики газификации с использованием ПВД.

5. Проведен анализ классических работ по математическому моделированию процессов горения и газификации углей в плотном слое и разработаны математические модели для численного моделирования физико-химических процессов в окислительной и восстановительных зонах реактора газификатора Лурги под давлением при работе на ПВД и ПКД.

На основе феноменологического метода описания «усредненных характеристик» пористой среды Р.И. Нигматулина, решения А.П. Алдушиным, А.Г. Мержановым и Б.И. Хайкиным задачи о скорости распространения волны горения в пористой среде при внешнем подводе газообразного окислителя и балансного метода анализа непрерывного слоевого процесса, предложенного Г.С. Суховым и Л.П. Яриным, реализованы и решены следующие задачи:

- Введены основные характеристики и сформулирована физическая модель насыщенной пористой среды как объекта газификации углей в плотном слое газогенератора Лурги.

- Рассмотрена макрокинетика процессов горения и газификации углей в плотном слое в различных зонах газогенератора Лурги.

- Сформулирована физико-математическая модель процессов переноса и записаны уравнения баланса массы вещества, импульса и энергии в реагирующей насыщенной пористой среде.

- Построена математическая модель физико-химических процессов в различных зонах реактора газогенератора Лурги.

Результаты исследования были использованы при проведении пуско-наладочных работ на оборудовании первой очереди Фабрики газификации угля АО «Алюминий Казахстана» (г. Павлодар), составлении рекомендаций по режимам эксплуатации газогенераторов Лурги под давлением с паровоздушным дутьем и при проектировании оборудования второй очереди Фабрики.

Основные результаты опубликованы в работах:

статьи в изданиях, рекомендованных ВАК -

1. Загрутдинов, Р.Ш. Наладочные испытания газогенераторов Лурги и перспективы газогенераторных технологий I Р.Ш. Загрутдинов, А.Н. Нагорнов, П.К. Сеначин // Ж. Ползуновский вестник, 2007,- №3. - С. 40-47.

2. Загрутдинов, Р.Ш. Показатели работы газогенераторов плотного слоя Лурги при парокислородном и паровоздушном дутье / Р.Ш. Загрутдинов, А.Н. Нагорнов, П.К. Сеначин, С.Н Шитова II Ж. Ползуновский вестник, 2008.- N9 4. - С. 28-33.

другие работы, отражающие основное содержание диссертации -

3. Zagrutdinov, R.Sh. Petrerformance of Lurgi Type Gas Producers of Dense Bed Operating with Oxygen-Steam and Aero-Steam Blast / R.Sh. Zagrutdinov, A.N. Nagornov, P.K, Senachin, S.N. Shitova II 5th International Conference on «Technical and Physical Problems of Power Engineering». TPE-2009 / University of Basque Country, 3-5 September 2009.- Bilbao, Spain - P. 324-327.

4. Загрутдинов, Р.Ш. Результаты промышленных испытаний по газификации длин-нопламенного каменного угля в слоевом газификаторе I Р.Ш. Загрутдинов, А.Н. Нагорнов, H.A. Нагорнов, И.С. Белоусов, А.Т. Ибрагимов, Н.П. Деревянкин //Актуальные проблемы энергетики. Энергосбережение: Труды II Всероссийской научно-практической конференции / Самара, 18-20 мая 2004 г. - Самара: Самарский областной Дом науки и техники, 2004. - С. 35-39.

5. Загрутдинов, Р.Ш. Создание компактных небольших энергетических предприятий по выработке тепла и электроэнергии на базе местных месторождений торфа, горючих сланцев, бурого и каменного угля / Р.Ш. Загрутдинов, A.H. Нагорнов, НА. Нагорнов, Д.Г. Малыхин // Сборник докладов конференции«Техперевооружение объектов энергетики на основе продуктов и услуг Уральского турбинного завода» / Екатеринбург, 17 ноября 2004.- Екатеринбург: ЗАО «Уральский турбинный завод», 2004.- С. 88-92.

6. Ибрагимов, А.Т. Перспективы газогенераторных технологий и их внедрение в промышленной энергетике/ А.Т. Ибрагимов, Н.П. Деревянкин, Р.Ш. Загрутдинов, А.Н. Нагорнов, H.A. Нагорнов //Достижения и перспективы развития энергетики Сибири: Материалы IV Международной научно-технической конференции / Красноярск, 20-21 октября 2005 г. - Красноярск: Изд-во Краснояр. филиала ОАО «Сибирский ЭНТЦ», 2005. - С. 455-463.

7. Загрутдинов, Р.Ш. Наладка и опытная эксплуатация газогенераторов Лурги на парокислородном дутье и перспективы газогенераторных технологий / Р.Ш. Загрутдинов, А.Н. Нагорнов, П.К. Сеначин // Приоритетные направления науки и техники, прорывные и критические технологии «Энергетические, экологические и технологические проблемы экономики» (ЭЭТПЭ-2007): Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием / Барнаул, 17-20 октября 2007. - Барнаул: ОАО «Алтайский дом печати», 2007. - С. 124-128.

8. Загрутдинов, Р.Ш. Перспективы газогенераторных технологий и их внедрение в промышленной энергетике / Р.Ш. Загрутдинов, А.Н. Нагорнов, Д.Г. Малыхин, П.Э. Капуста // Матер. Ill Междунар. научно-практической конференции «Актуальные проблемы энергетики» / Екатеринбург, 21-23 ноября 2007- Екатеринбург: Изд-во: «ИРА УТК», 2007. - С. 83-87.

9. Малыхин, Д.Г. Практический опыт эксплуатации газогенераторов Лурги на фабрике газификации угля АО «ПАЗ» / Д.Г. Малыхин, А.Н. Нагорнов, Р.Ш. Загрутдинов, С.Н. Шитова // Энергетические, экологические и технологические проблемы экономики (ЭЭТПЭ-2008): Материалы второй Всероссийской научно-практической конференции с международным участием I Барнаул, АлтГТУ им. И.И. Ползунова, 1-4 октября 2008 г.Барнаул: ОАО «Алтайский дом печати», 2008,- С. 348-354.

10. Нагорнов, А.Н. Сравнительный анализ работы газогенератора Лурги на парокислородном и паровоздушном дутье / А.Н. Нагорнов, Р.Ш. Загрутдинов, С.Н. Шитова, П.К. Сеначин // Энергетические, экологические и технологические проблемы экономики

(ЭЭТПЭ-2008): Материалы второй Всероссийской научно-практической конференции с международным участием / Барнаул, АлтГТУ им. И.И. Ползунова, 1-4 октября 2008 г.Барнаул: ОАО «Алтайский дом печати», 2008. - С. 355-361.

11. Нагорное, А.Н. Физико-химические основы горения и газификации углей в плотном слое газификатора Лурги / А.Н. Нагорнов, Р.Ш. Загрутдинов, П.К. Сеначин, С.М. Кисляк, P.M. Утемесов II Энергетические, экологические и технологические проблемы экономики (ЭЭТПЭ-2008): Материалы второй Всероссийской научно-практической конференции с международным участием / Барнаул, АлтГТУ им. И.И. Ползунова, 1-4 октября 2008.- Барнаул: ОАО «Алтайский дом печати», 2008. - С. 380-397.

12. Загрутдинов, Р.Ш. Опыт газификации в плотном слое с паровоздушно-кислородным дутьем при различных концентрациях кислорода в дутье / Р.Ш. Загрутдинов, А.Н. Нагорнов, С.Н. Шитова, П.К. Сеначин // Международная научно-техническая конференция «Технологии эффективного и экологически чистого использования угля»,- Москва, ВТИ, 2009,- М.: Изд-во ВТИ, 2009.- С. 185-194.

13. Загрутдинов, Р.Ш. Применение технологии газификации твёрдых топлив в различных отраслях промышленности Республики Казахстан / Р.Ш. Загрутдинов, А.Н. Нагорнов, H.A. Нагорнов, Д.Г. Малыхин, А.Т. Ибрагимов, Н.П. Деревянкин // Энергетика, экология, энергосбережение: Материалы I Международной научно-технической конференции / Усть-Каменогорск, 2-4 июня 2005 г. - Усть-Каменогорск: Изд-во ВКГТУ, 2005. -С. 144-146.

14. Рыжков, А.Ф. Перспективы газогенераторных технологий и их внедрение в промышленной энергетике/ А.Ф. Рыжков А.Ф., В.Е. Силин, Р.Ш. Загрутдинов, А.Н. Нагорнов // Труды 3-й Международной научно-практической конференции «Энергоресурсосбережение, оптимизация энергопотребления и обеспечение экологической безопасности на предприятиях металлургической, горной и нефтехимической промышленности» / Санкт-Петербург, 25-27 апреля 2005. - С.-Пб: Изд-во: «Санкт-Петербургская электротехническая компания», 2005. - С. 61-62.

15. Загрутдинов, Р.Ш. Экономические аспекты перевода теплопотребляющих установок промышленных предприятий Восточно-Казахстанской области на сжигание генераторного газа, полученного из бурого или каменного угля / Р.Ш. Загрутдинов, А.Н. Нагорнов, H.A. Нагорнов, А.Т. Ибрагимов, Н.П. Деревянкин // Энергетика, экология, энергосбережение: Инвест-форум Восточно-Казахстанской области / Тезисы докладов. -Усть-Каменогорск: Изд-во ВКГТУ, 2005. - С. 31-32.

16. Загрутдинов, Р.Ш. Наладочные испытания газогенераторов типа Лурги на паровоздушном дутье / Р.Ш. Загрутдинов, А.Н. Нагорнов, П.К. Сеначин // Приоритетные направления науки и техники, прорывные и критические технологии: «Энергетические, экологические и технологические проблемы экономики» (ЭЭТПЭ-2007): Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием./ Барнаул, 17-20 октября 2007. - Барнаул: ОАО «Алтайский дом печати», 2007. - С. 123-124.

17. Загрутдинов, Р.Ш. Анализ работы газогенераторов Лурги при парокислородном и паровоздушном дутье / Р.Ш. Загрутдинов, А.Н. Нагорнов, С.Н. Шитова, П.К. Сеначин И Всероссийский семинар кафедр вузов по теплофизике и теплоэнергетике: Тезисы докладов / Ин-т теплофизики им. С.С.Кутателадзе СО РАН, Сибирский федеральный ун-т, г. Красноярск, 13-15 мая 2009 г.- Новосибирск: ИТ СО РАН, 2009,- С. 36.

18. Нагорнов, А.Н. Технологии газификации углей и производства моторных топлив: Учебное пособие / Р.Ш. Загрутдинов, А.Н. Нагорнов, П.К. Сеначин.- Барнаул: Изд-во ОАО «Алтайский дом печати», 2008.- 96 с.

19. Загрутдинов, Р.Ш. Технологии газификации в плотном слое: Монография / Р.Ш. Загрутдинов, А.Н. Нагорнов, А.Ф. Рыжков, П.К. Сеначин.- Барнаул: Изд-во ОАО «Алтайский дом печати», 2009.- 296 с.

ВВЕДЕНИЕ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩЕГО ОПЫТА ГАЗИФИКАЦИИ УГЛЕЙ В ПЛОТНОМ СЛОЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

С ПАРОВОЗДУШНЫМ ДУТЬЁМ

1.1 Состояние технологий газификации угля в плотном слое под давлением с паровоздушным дутьём

1.2 Твёрдое топливо для газификации в плотном слое

1.3 Выводы по первой главе

2 ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ГАЗОГЕНЕРАТОРОВ ЛУРГИ ПРИ ПАРОВОЗДУШНОМ ДУТЬЕ

2.1 Работа газогенераторов Лурги при паровоздушном дутье

2.2 Характеристики шубаркольского угля

2.3 Схема экспериментального контроля и методика исследования анализируемых параметров и зависимостей

2.4. Экспериментальные исследования работы газогенераторов Лурги при паровоздушном дутье

2.5 Материальный баланс и технико-экономические показатели работы газогенератора Лурги на паровоздушном дутье

2.6 Выводы по второй главе

3 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ РАБОТЫ ГАЗОГЕНЕРАТОРОВ ЛУРГИ НА ПАРОВОЗДУШНОМ И

ПАРОКИСЛОРОДНОМ ДУТЬЕ

3.1 Особенности работы газогенератора Лурги в зависимости от коэффициента газификации

3.2 Особенности технологического режима газогенератора Лурги в зависимости от температуры дутьевой смеси

3.3 Технико-экономические показатели работы газогенераторов Лурги с паровоздушным и парокислородным дутьём

3.4 Выводы по третьей главе

4 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ И ГАЗИФИКАЦИИ УГЛЕЙ В ПЛОТНОМ СЛОЕ ГАЗОГЕНЕРАТОРА ЛУРГИ

4.1 Реактор газификатора Пурги для газификации твердого топлива в плотном слое под давлением

4.2 Диффузионный и кинетический режимы горения и газификации

4.3 Макрокинетика процессов в реакторе плотного слоя

4.4 Основные характеристики и физическая модель насыщенной пористой среды

4.5 Основные гипотезы феноменологического метода описания усредненных характеристик пористой среды

4.6 Физико-математическая модель процессов переноса массы, импульса и энергии в гетерогенных пористых средах

4.7 Математическая модель физико-химических процессов в различных зонах реактора газогенератора Пурги

Процессы слоевого горения и газификации углей применяются на практике с давних времен. На этих процессах основано действие многих энергетических устройств и агрегатов - слоевых топок котельных установок и промышленных печей различного назначения, газовых генераторов в энергетических и химических технологиях и т.д. Систематические исследования закономерностей горения угольных частиц и слоевого горения углей проводятся уже более 100 лет [1-35].

Известны исследования по слоевому горению в Горном бюро США Крейзингера с сотрудниками в 1917-1918 годах, далее их последователей Одибера, Хаслама и Русеела, а также всесторонние исследования Мотта в Англии в 1935-1941 годах [11]. Процессы распространения горения в подвижном и неподвижном слое угольных частиц в это же время и позднее исследовались зарубежными учеными В. Нуссельтом, П. Николсом, М. Эйлером, Д.Г. Сполдингом и другими [23, 32, 33]. В Советском Союзе обобщением экспериментальных материалов и разработкой расчетно-теоретических моделей слоевого процесса в 1930-1940 годах занимались К.К. Фарнес, М.А. Майерс, Б.В. Канторович, Д.Г. Гинзбург, Н.В. Шишаков, В.И. Блинов и другие [2, 3, 5, 32]. Дальнейший вклад в развитие теории и практики процессов горения и газификации углерода (угля, кокса и графита) внесли JI.A. Вулис, З.Ф. Чуханов, М.К. Гродзовский, Г.Ф. Кнорре, А.С. Предводителев, JI.H. Хитрин, О.А. Цуханова, JI.A. Вулис, Н.В. Лавров, В.В. Померанцев, К.М. Арефьев, Ю.А. Рундыгин, А.Б. Резняков, С.В. Бухман, Е.С. Головина, Г.С. Сухов, Л.П. Ярин, B.C. Альт-шулер, Г.П. Сеченов,В.И. Бабий, Х.И. Колодцев, Ю.Ф. Куваев, Т.В. Вилен-ский, Д.М. Хзмалян и другие [6-14]. Широко известны исследования по макроскопической кинетике химических реакций и теории процессов переноса в реальных системах Д.А. Франк-Каменецкого [4]. Из зарубежных авторов, внесших вклад в теорию реакций углерода с газами и парами воды, можно отметить П.Л. Валкера, Ф.Дж. Русинко, Л.Г. Аустина, М. Лето-ра, Т. Блайхольдера, Д. Бинфорда, X. Эйринга, С. Эргана, М. Менстера и других [11, 13,15, 27, 32].

Слоевое горение и газификация угля является чрезвычайно сложным гетерогенным физико-химическим процессом, которому присуща сложная кинетика. Этот процесс развивается в полидисперсной и гетерогенной среде в условиях фильтрационного и диффузионного переноса газов. Для процесса характерно наличие одновременного переноса энергии, импульса и массы в весьма сложной и неоднородной геометрической системе при наличии гомогенных и гетерогенных химических превращений, а также присутствие фазовых превращений с тепловой деформацией слоя, явлениями спекания и изменения структуры и свойств минеральной части топлива (угля) и коксового остатка.

По мере накопления экспериментального материала по исследованию процессов слоевого горения стали появляться теоретические разработки методов расчета газообразования в слое. Так А.С. Предводителевым с сотрудниками были выведены усредненные уравнения горения в угольном канале и слое и получены решения, описывающие концентрации кислорода, окиси и двуокиси углерода (углекислоты) по глубине слоя [5, 11]. Несмотря на то, что эти решения не учитывали полностью все детали слоевого процесса, в том числе исключали из расчета характеристики объемного горения окиси углерода, в общем, они давали достаточно правильную картину динамики газообразования в слое.

Известна приближенная теория выгорания и газификации угля в слое, разработанная В.В. Померанцевым с сотрудниками [27]. Получены решения уравнений выгорания в слое, определяющие концентрации кислорода и углекислоты в слое, а также скорость выгорания кокса с учетом полидисперсности топлива, дающие удовлетворительное совпадение теории с опытными данными. Несмотря на то, что эта теория получила распространение, она имела существенные недостатки, связанные с приближениями при постановке задачи.

Еще одна из первых теорий горения и газификации в неподвижном слое и в потоке вещества принадлежит Б.В. Канторовичу [15, 34], который, используя на обширный экспериментальный материал, построил систематическую модель кинетики горения топлива, учитывающую структурные характеристики среды и их изменение вдоль слоя, удовлетворительно описывающую реальные процессы. Однако эта теория имела существенные недостатки, такие как игнорирование зависимости скорости распространения волны горения от физико-химических характеристик вещества и режимных факторов (скорости процесса задавались априори). Автор отказался от рассмотрения слоевого горения как совокупности взаимосвязанных процессов тепломассопереноса и химического превращения, что в проточных системах приводит к несбалансированности конкурирующих процессов подачи в слой активных компонентов и самого химического процесса горения и газификации. В таких условиях существование стационарного процесса в слое становится невозможным и, следовательно, теорию, основанную на понятии скорости распространения волны горения как единого физико-химического процесса, следует признать несостоятельной.

Решение задачи об определении скорости распространения волны горения в пористой реагирующей среде при подводе извне газообразного окислителя впервые было получено А.П. Алдушиным, А.Г. Мержановым и Б.И. Хайкиным для нового направления в теории горения - самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Они определили скорость распространения волны СВС в виде функции геометрических, физико-химических и режимных параметров системы на основе совместного анализа процессов фильтрационного и теплового переноса в слое [36].

Этот классический результат был положен в основу балансного метода анализа непрерывного слоевого процесса, развитого Г.С. Суховым и Л.П. Яриным [15, 37, 38]. Балансный метод оперирует понятиями скорости подачи активных компонентов и скорости волны горения в твердой фазе. Хотя этот метод относится к частному случаю слоевых процессов с арре-ниусовской кинетикой, идущих с образованием конденсированных продуктов, по мнению авторов, не существует принципиальных трудностей для распространения его на случай горения газообразующих систем, таких как процесс горения и газификации угля в плотном слое.

Накопленные к настоящему времени опытные данные о процессах горении и газификации в плотном слое чрезвычайно разнородны и зачастую противоречивы. По-видимому, по причине того, что эксперименты проводились на разнообразных лабораторных установках, полупромышленных и промышленных агрегатах с конкретными марками углей разного дисперсионного состава при различных условиях и параметрах системы, зачастую не полностью контролируемых. Это обстоятельство снижает практическую ценность полученных результатов и препятствует обобщению экспериментальных данных разных авторов. Поэтому можно сказать, что построение законченной теории процессов горения и газификации угля в плотном слое, в настоящее время нельзя считать завершенной.

Интерес к технологиям переработки низкосортных натуральных твердых топлив (бурых и каменных углей), антрацитов и горючих сланцев, торфа, древесных отходов и т.д. на установках термохимической конверсии (газификации и пиролиза) в настоящее время возрастает в связи с неизбежным предстоящим переходом мировой энергетики на малоуглеродные и неуглеродные, в том числе водородные, технологии [39-44]. Среди ведущих направлений предстоящей диверсификации энергетики будут технологии газификации твердых топлив [45-48].

Актуальность работы. Общемировая тенденция к увеличению цен на углеводородные топлива подталкивает потребителей искать альтернативные более дешевые энергоносители. Газификация твердых топлив (углей) является одним из путей поддержания конкурентоспособности для многих производств. Многие технологические процессы требуют для своего обеспечения большого количества тепловой энергии, которую можно легко получить путем сжигания газа, полученного путем газификации угля. Кроме того, генераторный газ может быть использован в газопоршневых электрогенераторах, что является актуальным для автономного энергообеспечения отдаленных производственных и гражданских объектов. И, наконец, не следует забывать, что генераторный газ является хорошим сырьем для получения жидких синтетических топлив, например, путем проведения процесса Фишера-Тропша в составе комплекса «газогенератор, паровой котел-утилизатор, паровинтовой или газопоршневой электрогенератор и установка синтеза жидких моторных топлив».

Одним из перспективных направлений развития газификации является газификация натуральных твёрдых топлив, в том числе сернистых и высокозольных углей, как стадия их подготовки к использованию в топках теплопотребляющих агрегатов, не приспособленных для прямого сжигания. Процессы и методы газификации твердого топлива в зависимости от назначения получаемого газа можно классифицировать следующим образом [10, 49-50]:

• получение газов заданной теплоты сгорания;

• получение газов заданного состава.

Существуют различные типы процессов газификации углей, принципиально отличающихся в основном организацией процесса взаимодействия топлива и окислителя. Например, газификация с неподвижным или псевдоожиженным слоем или же со спутным потоком пылевидного топлива. Газификация проводится в специальных аппаратах - газогенераторах, которые также отличаются друг от друга в зависимости от типа процесса. В случае использования воздушного дутья получается низкокалорийный газ, в случае кислородного дутья - среднекалорийный газ.

В то время как газогенераторы с воздушным дутьём обычно работают при атмосферном давлении, газогенераторы с кислородным дутьём работают не только при атмосферном, но и при повышенных давлениях, что приводит к увеличению выхода метана.

В связи с возвращением мировой энергетики к технологиям газификации твердых ископаемых топлив, а также возобновляемых органических ресурсов, возникает необходимость разработки новых современных технологий их газификации и более глубокого понимания физико-химических основ этих процессов [51-60].

В соответствии с вышеизложенным основной целью работы является развитие существующих представлений о генерации горючих газов в плотном слое и разработка технологии их производства в газогенераторах Лурги, работающих под давлением на малозольном шубаркольском угле при паровоздушном дутье, в том числе:

• Определение возможности организации эффективного процесса газификации под давлением малозольного шубаркольского угля в газогенераторах Лурги при паровоздушном дутье.

• Определение оптимального газификационного соотношения «пар-воздух» (показателей газификации) в дутьевой смеси и диапазона надежной бесшлаковой работы газогенераторов Лурги с паровоздушным дутьём при газификации шубаркольского угля (содержащего предельно низкое количество минеральной части - зольного остатка);

• разработка математической модели физико-химических процессов газификации углей в плотном слое газогенератора Лурги.

Для достижения этих целей решались следующие задачи:

• Анализ существующих методов газификации углей в плотном слое при паровоздушном дутье и оптимизации соотношения объемов пара и воздуха в дутьевой смеси.

• Проведение систематических экспериментальных исследований на промышленных газогенераторах Лурги, работающих на низкозольном шубаркольском угле при паровоздушном дутье и определение оптимальных значений показателей газификации.

• Сравнительный анализ режимов газификации угля при паровоздушном и парокислородном дутье и определение целесообразности работы Фабрики газификации угля на паровоздушном дутье.

• Разработка математической модели физико-химических процессов газификации углей в плотном слое газогенератора Лурги на основе анализа существующих теоретических методов и новых экспериментальных данных.

Научная новизна (положения, выносимые на защиту):

• Оптимальные значения показателей газификации газогенераторов Лурги, работающих под давлением на низкозольном шубаркольском угле при паровоздушном дутье.

• Результаты экспериментальных исследований работы газогенераторов Лурги при паровоздушном дутье под давлением.

• Математическая модель физико-химических процессов газификации углей в плотном слое газогенератора Лурги.

Практическая значимость

• Разработана конструкции газогенератора Лурги под давлением, способного работать на низкозольном угле.

• Проведен сравнительный анализ результатов исследований работы газогенераторов Лурги на паровоздушном и парокислородном дутье.

• Анализ технико-экономических показателей работы газогенераторов Лурги показал возможность реализации технологии газификации углей при паровоздушном дутье с одновременным производством кокса.

Достоверность и обоснованность научных положений определяется использованием достоверных результатов и современных мировых достижений в рассматриваемой области исследований, проведением модельных и широкомасштабных натурных экспериментальных исследований с применением современных экспериментальных методов. Апробация работы

Результаты исследования докладывались на конференциях различного уровня: II Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы энергетики. Энергоресурсосбережение» (Самара, 2004), конференции «Техперевооружение объектов энергетики на основе продуктов и услуг Уральского турбинного завода» (Екатеринбург, 2004), 3-й Международной научно-практической конференции «Энергоресурсосбережение, оптимизация энергопотребления и обеспечение экологической безопасности на предприятиях металлургической, горной и нефтехимической промышленности» (Санкт-Петербург, 2005), I Международной научно-технической конференции и Инвест-форуме Восточно-Казахстанской области «Энергетика, экология, энергосбережение» (Казахстан, Усть-Каменогорск, 2005), IV Международной научно-технической конференции «Достижения и перспективы развития энергетики Сибири» (Красноярск, 2005), Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Энергетические, экологические и технологические проблемы экономики - ЭЭТПЭ-2007» (Барнаул, 2007), III Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы энергетики» (Екатеринбург, 2007) и Второй Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Энергетические, экологические и технологические проблемы экономики - ЭЭТПЭ-2008»

Барнаул, 2008), Всероссийском семинаре кафедр вузов по теплофизике и теплоэнергетике (Красноярск, 2009), 5th International Conference on «Technical and Physical Problems of Power Engineering» TPE-2009, (Bilbao, Spain, 2009), Международной научно-технической конференции «Технологии эффективного и экологически чистого использования угля» (Москва, ВТИ, 2009).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 19 печатных работ, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованном ВАК, 9 докладов и 6 тезисов докладов на конференциях различного уровня, учебное пособие и монография [61-78, 130].

Работа выполнена в Алтайском государственном техническом университете им. И.И. Ползунова (АлтГТУ).

Научным руководитель и научный консультант

Научный руководитель диссертационной работы - Почетный работник высшего профессионального образования России, профессор АлтГТУ им. И.И. Ползунова, заведующий лабораторией НИИ СО РАН-АлтГТУ, д.т.н., профессор Сеначин П.К.

Научный консультант диссертационной работы - докторант АлтГТУ им. И.И. Ползунова, к.т.н. Загрутдинов Р.Ш.

Результаты исследования были использованы при проведении пуско-наладочных работ на оборудовании первой очереди Фабрики газификации угля АО «Алюминий Казахстана» (г. Павлодар), составлении рекомендаций по режимам эксплуатации газогенераторов Лурги под давлением с паровоздушным дутьем и при проектировании оборудования второй очереди Фабрики.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Доброхотов Н.Н. Расчет газогенераторов и газогенераторного процесса,- Петроград: ВСНХ, 1922.- 33 с.

2. Гинзбург Д.Г. Газификация топлива и газогенераторные установки.- М.-Л: Гизлегпром, 1938.- 604 с.

3. Шишаков Н.В. Основы производства горючих газов.- М.-Л.: Гос-энергоиздат, 1948.- 479 с.

4. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике.- 1-е изд. М., 1947; 2-е изд. - М.: Наука, 1967.- 491 е.; 3-е изд. -М.: Наука, 1987.-502 с.

5. Горение углерода: опыт построения физико-химических основ процесса / А.С. Предводителев, J1.H. Хитрин, О.А. Цуханова, Х.И. Колодцев, М.К. Гроздовский.- М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1949.- 407 с.

6. Кнорре Г.Ф. Топочные процессы.- Л.: Госэнергоиздат, 1959.- 396с.

7. Чуханов З.Ф. Вопросы теории горения углерода кокса и пути развития техники сжигания и газификации твердых топлив // Известия АН СССР, 1953.- № 4.- С. 562-568.

8. Вулис Л.А. Тепловой режим горения.- М.: Госэнергоиздат, 1954.281 с.

9. Апьтшулер B.C. Методы интенсификации работы промышленных газогенераторов.- М.: Недра, 1955.- 250 с.

10. Чуханов З.Ф., Хитрин Л.Н. Энерготехнологическое использование топлива.- М.: Изд-во АН СССР, 1956.- 128 с.

11. Хитрин Л.Н. Физика горения и взрыва.- М.: Изд-во МГУ, 1957.443 с.

12. Чуханов З.Ф. Процесс газификации кокса и проблема подземной газификации топлив.- М.: Изд-во АН СССР, 1957.- 334 с.

13. Лавров Н.В. Физико-химические основы горения и газификации топлива.- М.: Металлургиздат, 1957.- 340 с.

14. Физические основы рабочего процесса топок и печей / Под ред. Л.А. Вулиса.- Алма-Ата: Изд-во АН КазССР, 1957.- 472 с.

15. Канторович Б.В. Основы теории горения и газификации твердого топлива.- М.: Изд-во АН СССР, 1958.- 598 с.

16. Линчевский В.П. Топливо и его сжигание.- М.: Металлургиздат, 1959.-400 с.

17. Дешалит Г.И. Расчеты процессов газификации топлива.- Харьков: Вища школа, 1959.- 136 с.

18. Федосеев С.Д., Чернышев А.Б. Полукоксование и газификация твердого топлива.- М.: ГНТИ нефтяной и горнотопливной литературы (Гостоптехиздат), 1960.- 327 с.

19. Кацнельсон Б.Д. и др. Слоевые методы энергохимического использования топлива.- Л.: Госэнергоиздат, 1962.- 188 с.

20. Реакции углерода с газами / Под ред. Е.С. Головиной.- М.: Изд-во ИЛ, 1963.- 360 с.

21. Апьтшулер B.C., Сеченов Г.П. Процессы в кипящем слое поддавлением.- М.: Изд-во АН СССР, 1963.- 215 с.

22. Теория топочных процессов / Г.Ф. Кнорре Г.Ф., К.М. Арефьев, А.Г. Блох.- M.-J1.: Энергия, 1966.- 491 с.

23. Сполдинг Д.Г. Основы теории горения: пер. с англ.- М.: Госэнер-гоиздат, 1959,- 320 с.

24. Горение натурального твердого топлива / А.Б. Резняков, И.П. Басина, С.В. Бухман, М.И. Вдовенко, Б.П.Устименко.- Алма-Ата: Наука, 1968.-410 с.

25. Химические и физические свойства углерода: пер. с англ. / Под ред. Ф. Уокера,- М.: Мир, 1969. Т.1.- 366 с.

26. Лавров Н.В. Физико-химические основы процесса горения топлива.- М.: Наука, 1971.- 272 с.

27. Померанцев В.В., Арефьев К.М., Ахмедов Д.Б. и др. Основы практической теории горения / Под ред. В.В. Померанцева. Л.: Энергия,1973.- 264 с.

28. Яворский Н.А. Физико-химические основы горения твердых ископаемых топлив и графитов,- Новосибирск: Изд-во «Наука». Сибирское отд., 1973,- 256 с.

29. Апьтшулер B.C. Новые процессы газификации твердого топлива." М.: Недра, 1976,- 280 с.

30. Виленский Т.В., Хзмалян Д.М. Динамика горения пылевидного топлива.- М.: Энергия, 1978.- 248 с.

31. Хоффман Е. Энерготехнологическое использование угля / Пер. с англ.- М.: Энергоатомиздат, 1983.- 328 с.

32. Головина Е.С. Высокотемпературное горение и газификация углерода,- М.: Энергоатомиздат, 1983,- 176 с.

33. Бабий В.И., Куваев Ю.Ф. Горение угольной пыли и расчет пыле-угольного факела.- М.: Энергоатомиздат, 1986.- 209 с.

34. Ярин Л.П., Сухов Г.С. Основы теории горения двухфазных сред.-Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987.- 240 с.

35. Математическое моделирование высокотемпературных процессов в энергосиловых установках / В.Е. Апемасов, А.Ф. Дрегалин, В.Г. Крюков, В.И. Наумов,- М.: Наука, 1989.- 256 с.

36. Апдушин А.П., Мержанов А.Г., Хайкин Б.И. Режимы послойного фильтрационного горения пористых металлов // Доклады АН СССР,1974,- Т. 215, № 3,- С. 612-615.

37. Сухов Г.С., Ярин Л.П. К теории фильтрационных реакторов вытеснения //Доклады АН СССР, 1978.- Т. 243, № 6.- С. 1442-1444.

38. Сухов Г.С., Ярин Л.П. К анализу стационарных состояний реакторов вытеснения // Теоретические основы химических технологий, 1982.Т. 18, № 3.- С.391-394.

39. Энергетика XXI века: Условия развития, технологии, прогнозы / Л.С. Беляев, А.В. Лагерев, В.В. Посекалин и др.; Отв. ред. И.И. Воропай. -Новосибирск: Наука, 2004. 386 с.

40. Кузык Б.Н., Яковец Ю.В. Россия 2050: стратегия инновационного прорыва. - М.: ЗАО «Изд-во Экономика», 2005. - 624 с.

41. Мировая энергетика и переход к устойчивому развитию / Беляев Л.С., Марченко О.В., Филиппов С.П. и др. Новосибирск: Наука, 2000.269 с.

42. Demirbas A. Hydrogen production via pirolytic degradation of agricultural residues // Energy Sources, 2005. Vol. 27(8). P. 769-775.

43. Kreeith F., West R.E. Fallacies of a hydrogen economy// Proc. of IV Inter. Mech. Engineer Congress, 13-19 Nov. 2004, Anaheim, CA. / Paper No. IMECE2004-59980.

44. Кейко A.B., Свищев Д.А., Козлов A.H. Газификация низкосортного твердого топлива: уровень и направления развития технологии. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2007. - 66 с.

45. Techno-Economic Analysis of Hydrogen Production by Gasification of Bion / Lau F.S., Bowen D.A., Dihu R. et al / Report of Gas Technology Inst. 2002.-154 p.

46. Rezaiyan J. Cheremisinoff N.P. Gasification technologies. A primer for engineers and scientists. Paris: Marcel Dekker, 2005. - 272 p.

47. Лебедев В.В., Рубан В.А., Шпирт М.Я. Комплексное использование углей. М.: Недра, 1980. - 236 с.

48. Равич М.Б. Эффективность использования топлива. М.: Изд-во «Москва», 1977. - 344 с.

49. Биба В., Мацак М., Клозе Э. Математическое моделирование газификации угля под давлением в стационарном слое // Химия твердого топлива. 1977. - № 5. - С. 75-81.

50. Степанов С.Г., Исламов С.Р. Математическая модель газификации угля в слоевом реакторе // Химия твердого топлива. 1991. - № 2-С. 52-58.

51. Деревич И.В., Крестова И.А. Расчет газификации коксов высокозольных углей на основе модели случайно-пористых сред // Физика горения и взрыва. 1992. - Т. 28, № 2. - С. 58-65.

52. Ворончихина Т.С., Славин B.C., Исламов С.Р. Компьютерная модель нестационарных процессов при слоевой газификации угля // Сиб. физ.-техн. журнал. 1993. - № 3. - С. 85-89.

53. Гордеева Л.Г., Прокопьев С.И., Оккель Л.Г. и др. Кинетика газификации микропористого угля кислородом: фрактальный подход // Кинетика и катализ. 1997. - Т. 38, № 6. - С. 912-920.

54. Дробышевич В.И., ЯушеваЛ.В. Алгоритм для моделирования гибридной волны в неподвижном слое катализатора // Вычислительные технологии. 2000. - Т 5. - № 5. - С. 53-60.

55. Кузоватов И.А., ГрооА.А., Степанов С.Г. Численное моделирование физико-химических процессов в слоевом газификаторе // Вычислительные технологии. 2005. - Т.10. - №5. - С. 39-48.

56. ГрооА.А., Кузоватов И. А., Исламов С.Р. Численное моделирование процессов тепло-массообмена при слоевой газификации угля // Математические методы и моделирование. Красноярск: КГТУ, 2005. -Вып. 37. - С. 33-42.

57. Загрутдинов Р.Ш., Нагорнов А.Н., Сеначин П.К. Наладочные испытания газогенераторов Лурги и перспективы газогенераторных технологий // Ползуновский вестник, 2007. № 3. С. 40-47.

58. Загрутдинов Р.Ш., Нагорнов А.Н., Сеначин П.К. Технологии газификации углей и производства моторных топлив: Учебное пособие / Под ред. П.К. Сеначина. Барнаул: Изд-во ОАО «Алтайский Дом печати», 2008.- 96 с.

59. Показатели работы газогенераторов плотного слоя Лурги при парокислородном и паровоздушном дутье / Р.Ш. Загрутдинов, А.Н. Нагорнов, П.К. Сеначин, С.Н Шитова // Ползуновский вестник, 2008. № 4. С. 28-33.

60. Чернышев А.Б. и Альтшулер B.C. К исследованию процессов газификации углерода под высоким давлением // ДАН СССР, 1944.- Т. 56, №5.

61. Чернышов А.Б. Избранные труды,- М.: Изд-во АН СССР, 1956.368 с.

62. Чернышов А.Б., Альтшулер B.C., Шафир Г.С. Термодинамические характеристики процесса газификации твёрдого топлива под высоким давлением. Труды ИГИ. Том III.- М.: Изд-во АН СССР, 1954.- С. 86-94.

63. Альтшулер B.C. Газификация твёрдых топлив под высоким давлением / Газификация твёрдого топлива. Материалы третьей научно-технической конференции. М.: ГНТИ нефтяной и горно-топливной литературы, 1957.- С. 163-176.

64. Галушко П.Н., Канторович Б.В. О кинетике взаимодействия углерода с углекислым газом и водяным паром / Газификация и горение топлива//Труды ИГИ.- М.: Изд-во АН СССР, 1959.- С. 39-45.

65. Бабий В.И. Исследование влияния давления на процесс газообразования в слое угля / Газификация твёрдого топлива. Материалы третьей научно-технической конференции. М.: ГНТИ нефтяной и горно-топливной литературы, 1957.- С. 301-306.

66. Лавров Н.В., Шурыгин А.П. Введение в теорию горения и газификации топлива,- М.: Изд-во АН СССР, 1962,- 214 с.

67. Канторович Б.В. Введение в теорию горения и газификации твердого топлива.- М.: «Металлургиздат», 1960. 356 с.

68. Равич М.Б. Упрощенная методика теплотехнических расчётов. М.: Изд-во «Наука», 1966. -416 с.

69. Равич М.Б. Тепловые балансы газогенераторов. М.: ВЭИ, 195737 с.

70. Илек Яромир. Новые способы газификации топлива кислородом. Пер. с чеш. А.А. Жукова; ред. Н.В. Шишаков.- М.: Гостоптехиздат, 1957.364 с.

71. Толубинский В.И, Рабинович М.И. Газификация землистого бурого угля УССР под давлением с паровоздушным дутьём на полупромышленной установке // Газовая промышленность, 1957.- № 8.- С. 7-11.

72. Дербаремдикер М.И. Промышленный опыт газификации под давлением бурых углей Восточной Сибири // Газовая промышленность, 1960.-№2.- С. 14-17.

73. Письмен М.К. Газификация твёрдых топлив под давлением // Химия и технология и искусственного жидкого топлива и газа: Труды ВНИГИ. Выпуск V; под ред. Н.М. Караваева,- М.-Л.: ВНИГИ, 1952.- С. 152165.

74. Шишаков Н.В., Апьтшулер B.C. Отчёт о газификации подмосковного угля на газогенераторной установке высокого давления в Гиршфель-де / Отчет о НИР.- 1946.

75. Калмыков Н.В., Гвоздев А.П., Исаков Г.А. и др. Отчёт по проведению опытов газификации под давлением богословского бурого угля.-Гиршфельд / Отчет о НИР.-1947.

76. Металлургическое топливо: Справочник / Под ред. И.Н.Сушкина, Г.Ф. Кнорре, Т.А.Зикеева.- М.: Металлургия, 1965.- 472 с.

77. Загрутдинов Р.Ш. Исследование технологического режима газогенераторов Лурги при парокислородной газификации углей под давлением / Автореф. дис. . канд. техн. наук, АлтГТУ. Барнаул, 2008. - 24 с.

78. Загрутдинов Р.Ш. Исследование технологического режима газогенераторов Лурги при парокислородной газификации углей под давлением /Дис. . канд. техн. наук, АлтГТУ им. И.И.Ползунова Барнаул, 2008124 е.- Инв. ВНТИЦентра № 04.200.8 10709.

79. Рамбуш Н.М. Газогенераторы / Пер. с англ.- М.-Л.: ГОНТИ, 1939.-414 с.

80. Перепелица А.Л. Пирогенетическое окускование углей Иркутского бассейна.- М.: Изд-во АН СССР, 1963.- 219 с.

81. Грязнов Н.С. Пластическое состояние и спекание углей // М.: Металлургиздат, 1962,- 216 с.

82. Михеев А.П., Пухликова Р.В., Ярослав Т.Е. Оценка твёрдого топлива как сырья для газификации // Газификация твёрдого топлива: Труды третьей научно-технической конференции.- М.: Гостоптехиздат, 1957,-С. 21-32.

83. Румшинский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента.- М.: Наука, 1971.- 192 с.

84. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений.- Л.: Энергоатомиздат, 1985.- 248 с.

85. Тейлор Дж. Введение в теорию ошибок.- М.: Мир, 1985.- 272 с.

86. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Методы обработки данных.- М.: Мир, 1980.- 616 с.

87. Гордон А., Форд Р. Спутник химика.- М.: Мир, 1976.- 543 с.

88. Блинов В.И. О механизме горения углеродных частиц при атмосферном давлении // Известия ВТИ, 1934.- № 7.- С. 20-25.

89. Блинов В.И., Хайкина С.Э. Влияние давления на скорость сгорания углеродных частиц// Известия ВТИ, 1935.- № 6.- С. 18-27.

90. Блинов В.И., Смирнов В.Г. О сгорании углеродного цилиндра в вынужденном потоке газа //Труды ВГУ, Физ.-мат.отдел., 1939.- Т. XI, вып. 1.- С. 35-54.

91. Блинов В.И., Головина Е.С. Об окислении углеродного шара // Труды ВГУ, Физ-мат.отдел., 1939.- Т. XI, вып. 1.- С. 7-19.

92. Франк-Каменецкий Д.А. К диффузионной теории гетерогенных реакций //Журнал физической химии, 1939.- Т. XIII, вып. 6.- С. 756-758.

93. Tu С.М., Davis Н., Hottel Н.С. Combustion rate of carbon // Ind. Eng. Chem., 1934.- Vol. 26, N 7.- P. 749-757.

94. Win C.J., Abraham O.S., Talwalker A.I. A kinetics study of reaction of coal char with hydrogen steam mixtures; fuel gasification; advances in chemistry series//Am. Chem. Soc.- Washington, 1967.- N 69.- P. 253-274.

95. Thomas J.M. Reactivity of carbon: some current problem and trends//Carbon, 1970.- Vol. 8.- P. 413-421.

96. Essenhigh R.H. Combustion and flame propagation in coal systems.- Review // Sixteenth Symposium (International) on Combustion.- U.S. The Combustion Institute, 1977.- P. 353-374.

97. Littlewood K. Gasification; theory and application // Prog. Energy Combust. Sci., 1977.- Vol. 3.- P. 35-71.

98. Laurendeau N. Heterogeneous kinetic of coal char gasification and combustion // Progress in Energy and Combustion Science, 1978.- Vol. 4, N 4.- P. 221-270.

99. Grey D., Codoly J.G., Essenhigh R.H. Problems in pulverized coal and char combustion coal gasification / Ed. Massly L.C. Adv. in Chem. Series N 131 //American Chemical Soc.- Washington, 1974.- P. 72-91.

100. Pulverized coal, combustion and gasification / Ed. by Smoot L.D. and Pratt Т.- New-York - London: Plenum Press, 1979.- 375 p.

101. Шейдеггер А.Э. Физика течения жидкостей через пористые среды.- М.: Гостоптехиздат, 1960.- 144 с.

102. Нигматулин Р.И. Основы механики гетерогенных сред.- М.: Наука, 1978.- 228 с.

103. Алдушин А.П., Мержанов А.Г., Хайкин Б.И. Режимы послойного фильтрационного горения пористых металлов // Доклады АН СССР, 1974.- Т. 215, № 3.- С. 612-615.

104. Сухов Г.С., Ярин Л.П. К теории фильтрационных реакторов вытеснения //Доклады АН СССР, 1978.- Т. 243, № 6.- С. 1442-1444.

105. Сухов Г.С., Ярин Л.П. К анализу стационарных состояний реакторов вытеснения // Теоретические основы химических технологий, 1982.Т. 18, №3.- С.391-394.

106. Николаевский В.Н. Механика насыщенных пористых сред / В.Н. Николаевский, К.С. Басниев, А.Т. Горбунов, Г.А. Зотов.- М.: Недра, 1970.- 186 с.

107. Николаевский В.Н., Розенберг М.Д. Движение двух взаиморастворимых жидкостей в пористой среде // Механика жидкости и газа, 1959.-№ 2,- С. 64-69.

108. Чудновский А.Ф. Теплофизические характеристики дисперсных материалов.- М.: Физматгиз, 1962.- 264 с.

109. Технологии газификации в плотном слое: Монография / Р.Ш. Загрутдинов, А.Н. Нагорнов, А.Ф. Рыжков, П.К. Сеначин / Под ред. П.К. Сеначина.- Барнаул: Изд-во ОАО «Алтайский дом печати», 2009.296 с.