kk ru ru ru kk ru kk kk kk kk kk kk kk kk kk kk kk kk kk kk kk kk kk kk kk kk uk kk kk kk kk kk kk kk kk kk kk kk kk kk kk kk kk kk kk fr kk en kk ca kk kk en kk kk uk kk kk fr kk en kk it kk kk kk fr en kk kk ru kk kk fr kk kk fr en kk en kk kk kk en kk da en en kk kk kk fr kk ru kk fr kk kk kk it kk tt kk it kk ru ru en fr en fr en fr kk kk en ru ru
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Жоғарыда көрсетілген қатты отындарды газификациялаудың заманауи мәселелерінің қазіргі жағдайының шолуынан қазіргі уақытта газификацияның, термохимиялық дайындаудың және отындарды комплексті өңдеудің түрлі әдістері интенсивті түрде жасалынып жатқанын көре аламыз. Олар жағудың эффективтілігін арттырып қоршаған ортаға зиянды әсерін азайтады.
Плазмалы процестердің белгілі артықшылықтары (жоғары селективтілік, түрлі отындарды өңдеу мүмкіндігі, химиялық реакцияларды бірден жылдамдату, түгелдей автоматизациялау мүмкіндігі, инерттіліктің үлкен болмауы, энергияның жоғары концентрациясы, экологиялық тазалық) оларды кеңінен қолдануға жол ашты. Көмірөңдеудің плазмалық процестері жүзеге асыру [93-100] жұмытардағыдай плазмо ағындық реакторлардың немесе біріккен электродоғалық реакторлар көмегімен жүзеге асырылады. Плазмоағындық реакторларда плазманың генерация зонасы және отынның термохимиялық айналымдар зонасы бөлініп, түрлі камераларға орнатылады. Ол реактордың ПӘК төмендетеді. Бұл жағдайдағы плазмалық ағында химиялық активті орталықтар болмайды және ол шикізатты қыздыратын жоғары температуралы жылу тасмалдағыш болады.
Плазмалы реакторлардағы біріктірілген типтегі электр доғалық зона және көмірдің термиялық айналымдар зонасы бір жұмыс көлеміне біріктірілген. Бұл процестің энергетикалық эффективтілігін арттырады, ал шикізатты қыздыру активтік орталықтары бар доға арқылы іске асырылады.
Бірақ, көмір газификациясы секілді күрделі процесс комплектік есептік-теориялық және эксперименталды зерттеулерді талап етеді. Қазіргі бар есептік-теориялық зерттеу әдістеріне шолу жасау арқылы плазмалық газификация процесін зерттеу үшін химиялық термодинамика және электр доғасымен иницирленетін отындардың кинетикасын ескеретін жылу физикасын қолдануға болатындығы анықталды. Көмір мен тотықтырғыштың, әсіресе осы ауысуларды жүзеге асыруға кететін жылу көзі ретінде төмен температураны қоданатын термохимиялық айналымдарының математикалық моделдеуінің жағдайы керемет емес. Көмірді газификациялаудың қазіргі бар толық математикалық модельдері күй теңдеулерімен және екі фазалы жүйелердің газодинамика теңдеулерімен толықтырылған химиялық кинетика теңдеулерін ескереді, көмір бөлшектерінің тотықтырғыштың плазмалық ағынындағы айналуларын сипаттайды.
Осылайша, зеттреу міндеттеріне келесілер кірді:
- Қатты отынды плазмалы газификациялаудың әдісін түсіну және қолдану;
- Куучекинск көмірінің ауадағы және бу газификациясының жоғары температуралы процестерінің TERRA универсалды бағдарламасы көмегімен жасалынған термодинамикалық анализі;
- Біріккен жылу бөліну және сіңірілу зонасы бар плазмалы реакторларда көмір тозаңды бөлшектердің түрлі тотықтырғыштардағы (ауа, бу) термохимиялың айналулар кинетикасын, қыздыруды, қозғалуды сипаттайтын кинетикалық есептеу;
- Қуаттылығы 300МВт ПК-39-II қазан пешінде көміртозаңды отынның жануын CINAR ICE компьютерлік бағдарламасын қолдана отырып іш өлшемді модельдеу;
- Ішінара газифицирлеген көмір тозаңды отынның жануынт ПК-39-I қазанының пешінде CINAR ICE компьютерлік бағдарламасын қолдану арқылы үшөлшемді модельдеу;
- Куучекинсккүлділігі жоғары көмірдің ауа-плазмалық және бу-плазмалық газификациясының эксперименталды зерттеулері;
- Куучекинсккүлділігі жоғары көмірдің есептік-теориялық және экперименталды зерттеулердің нәтижесін салыстыру және қолданылатын атематикалық модельдердің верификациясы;
- Көміртозаңды отынның ПК-39-II қазанының пешінде жануының екі моделі (дәстүрлі және ПТС қолдану арқылы) үшін үшөлшемді модель бойынша сеп нәтижелерін салыстыру;
ОЗҒАЛУ, ЖОҒАРЫ ТЕМПЕРАТУРАЛЫ ҚЫЗДЫРУ ЖӘНЕ ПЛАЗМАЛЫ КӨЗІ БАР ЦИЛИНДР КАНАЛЫНДАҒЫ ТОТЫҚТЫРҒЫШ АҒЫНЫНДАҒЫ КӨМІР ТОЗАҢДЫ ТЕРМОХИМИЯЛЫҚ АЙНАЛУЛАРДЫҢ ЖӘНЕ ЖОҒАРЫ ТЕМПЕРАТУРАЛЫ ҚЫЗДЫРУ ПРОЦЕСТЕРІНІҢ КИНЕТИКАЛЫҚ МОДЕЛЬДЕУІ.
Көмірдің плазмалық газификациясының және Плазма-Көмір компьютерлік бағдарламасының кинетикалық зерттеулер моделінің сипаттамасы.
Термодинамикалық модельдеу көмір тозаңды ағынның электр доғасымен термиялық және динамикалық әрекеттесу процесінің және алынған өнімдердің ары қарай термохимиялық өңделу процесінің толық бейнесін келтіре алмайды. Өйткені, процестің өту уақыты деген түсінікпен байланыспайды. Осыған байланысты, газификация және отынды жағуға термохимиялық даярлау реагенттердің плазмалы-жанғыш құрылғыларында болу уақытын ескеретін есептеулерді жүргізу үшін аталған процестердің кинатикалық моделі жасалған.
Көмір тозаңының плазмалы газификациясының математикалық моделі химиялық әрекеттесетін, реакторда ішкі жылу көзімен (электрлік доға) таралатын екі фазалы ағынды сипаттайды. Көмір бөлшектері мен газ реакторға бірдей температурады түседі. Бөлшектер, газ электр доғасы арасында жылу алмасу жүреді. Одан бөлек, ағын мен қабырға арасындағы импульспен жылу алмасу да ескеріледі. Сонымен қатар, отынның кейбір химиялық өзгерістері де қарастырылады. Олардың ішінде: біріншілік үшұыш өнімдердің түзілуі, бөлінген ұшқыш өнімдердің газ фазадағы және реакциялары және қалған коксты газификациялау реакциялары.
Көмір тозаңының газификация процесінің математикалық моделін жасау кезінде келесі рұқсат берілулер жасалынды[119]:
а) процес бір өлшемді және квазистационарлы;
б) газ идеал деп есептелінеді;
в) газ бен бөлшектер қоспасы реакторған кірер жерде біртекті деп есептелінеді;
г) газ бен қатты зат арасындағы жылу берілу конвекция мен жылу өткізгіштік арқасында іске асады;
д) көмір бөлшектері изотермиялық, яғни бөлшектің бүкіл көлемінде температура бірдей;
е) гетерогенді реакциялардың жылу бөлінуі тек қатты заттардың температурасына ғана әсер етеді, ал газ фазалы реакциялардың жылу бөлінуі газ фазасының температурасына әсер етеді;
ж) бөлшектердің өзара әсерлесуі және бөлшектердің қабырғаға үйкелісі мәні аз болғандықтан есепке алынбайды;
з) тұтқырлылық әсері тек газ фазасымен қатты фазаның ірекеттесуі болған кезде ғана есепке алынады;
и) күл инертті компонент;
Бұл рұқсат берілулер қарапайым дифференциал теңдеулерді қолдануға мүмкіндік береді. Ал бұл өз кезегінде жылу алмасу және гидродинамика процестерінің есептеулерін оңайлатып, процестегі химиялық өзгерістер туралы толыңырақ ақпарат алуға мүмкіндік береді.
Полидисперсті көмір бөлшектерінің газификациясының сенімді математикалық моделін жасау үшін теңдеулер жүйесі компоненттердің концентрациясының өзгеру теңдеуімен бірге бөлшек пен газдың жылдамдық және теипература теңдеулерін қамтуы тиіс.
Электр доғасы энергия сақталу заңына сәйкес есепке алынады. Ол плазмалы реактор осінің бойымен бөлінетін жылудың эмпирикалық таралуы бар ішкі жылу көзі болып табылады.
Жалпылықты жоғалтып алмай, теңдеулер жүйесінің компоненттері келесідей нөмірленеді деген қорытынды жасауға болады:
i = 1,…,n газтектес компоненттер;
i = n+1,…,N қатты фазалы компоненттер;
j = 1,…,m гетерогендіреакциялар;
j = m+1,…,M газфазалыреакциялар;
l = 1,…,L қаттыфракциябөлшектері;
осылайша, теңдеулер жүйесі келесідей түрге ие болады:
1. Газтектес компоненттер концентрациясының теңдеуі:
2. Қатты компоненттердің концентрациясының теңдеуі:
3. Бөлшек санының сақталу теңдеуі:
Мұнда, Nl – бөлшектердің көлемдік концентрациясы: .
Реактор қабырғасына қатысты үйкеліс күші келесідей:
Мұндағы үйкеліс коэффициенті Блазиустың эмпирикалық формуласынан есептеліне алады:
Бұл өрнек Рейнольдс сандары үшін вRew<100000 ауданында дұрыс .
Газдың динамикалық тұтқырлық коэффициенті келесі эмпирикалық өрнеттек табылады:
Қарастырылып отырған «сырғанау» эффектісі Кнудсен ағынына байланысты аз және бөлшек қозғалысына әсер етпейтін болады. Сонымен бірге көмірден ұшқыш өнімдердің бөлінуімен байланысты эффекттер бөлшек қозғалысына әсер етпейді [13].
Мұнда qw –реактордың жанындағы бет арқылы pDdx конвективті және радиационды жылу жоғалту түрінде жүйеден шығарылатын энергия.
Бұл теңдеудің соңғы мүшесі доға энергиясының реактор қабарғасына қатысты жжылу жоғалиуды ескергендегі үлесін көрсеті.
Доғаның жылулық үлесі доғаның электр қуаттылығы Parc мен реактор қабырғасына қатысты жылу жоғалтудың P2 айырмасы ретінде анықталады:
Мұнда qarc – цилиндр көлеміне v=Sdx түсетін энергияа және E=(1-P2/Parc) – плазмалы реактордың жылулық ПӘК.
Реактор қабырғасына толықтай жылу ағыны:
мұнда qw – плазмалы реактор қабырғасына меншікті жылу ағыны, LR – плазмалы реактор ұзындығы.
qarc(x) и qw(x) арасындағы өлшемдік пропорционлдық коэффициент: ψ= qarc(x)/qw(x), сонда:
Жұмсалынатын энергияны есептеу үшін өлшемсіз коэффициент қолдану өте ыңғайлы: , яғни реактор ПӘК үшін формула келесідей болады:
2 Бөлшектердің қозғалу теңдеуі:
Мұндағы l индексі– бөлшектің өлшемдік фракция нөмірі .
Стокс күші әсерінен бөлшектердің қозғалуына қарсы коэффициент келесідей [120]:
мұнда - бөлшек үшін Рейнольдс саны.
1 Бөлшек температурасы теңдеуі:
Мұнда, P=const болғандағы бөлшектердің жылусыйымдылығы өрнегінен, ал жылу алмасу коэффициенті келесі формуладан табылады:
Мұнда Nul –бөлшектер үшін Нуссельт саны.
Бөлшек-газ жылуалмасуының интенсивтілігі критериалды тәуелділік бойынша есептелінеді:
Прандтль саны ( ) 1000-3500 К температура интервалында тұрақты деп алынады (су буындағы плазмалы газификация өнімдері үшін Pr=0,42, ауадағы плазмалы газификация өнімдері үшін Pr=0,58), газдың жылуөткізгіштік коэффициенті Прандтль саны көмегімен келесі өрнекке сәйкес табылады:
Немесе екендігін есепке ала отырып, жылуөткізгіштік коэффициентін былайша жаза аламыз:
Көміртектің тотығуы кезіндегі жылу бөлінудің түрлі өлшемді фракциялар бөлшектерінің бетінде өтетіндігін атып өткен жөн. 3.7-теңдеудің бірінші мүшесі осыны көрсетеді.Жеке компоненттердің жылусыйымдылық мәндері полиномдарды жуықтау негізінде есептелінеді. Олардың мәндері TERRA бағдарламасының мәндер банкінен алынады. Күрделі көмірсутектер үшін жылусыйымдылық пен түзілу жылуы [121] әдебиет мәндері бойынша есептелді, күл жылусыйымдылығы [122; 123] жұмыстардан алынды. Көмірдің біріншілік деструкциясынан басқа реакциялардың жылу эффектісі реакцияға қатысатын қосылыстардың түзлу жлуынан есептелінеді. Ұшқыш заттардың бөліну реакцияларының жылу эффектіс ікөмірдің эффективті және реалды жылусыйымдылықтарының айырмасынан табылады.
Теңдеулер жүйесін тұйықтау үшін келесілер қолданылды:
1. Идеал газдың күй теңдеуі:
2. Газдың келу уақыты:
3. Қатты бөлшекердің келу уақыты:
(3.4) және (3.5) теңдеулерден және үшін анық өрнектерді табуға болады:
Мұнда ; ; ; ;
Жасалынған модель химиялық реакциялардың кинетикасын дәлірек сипаттауымен ерекшеленеді. Олардың жалпы схемасы біріншілік өнімдердің бөліну реакцияларымен қатар олардың ары қарай өзгеру реакцияларын да ескереді.(3.1)-(3.10) теңдеулер жұйесі үшін бастапқы жағдайларды жасау кезінде, газ және бөлшек үшін бастапқы жылдамдық және температура мәндерін, реакторға кірердегі қысымды, реактор қабырғасының температурасын, көмірдің бастапқы құрамын және қатты фазаның массалық шығындарын білу керек.
(3.1)-(3.10) теңдеулер жүйесі сызықтық емес болғандықтан және көптеген қарапайым дифференциалды теңдеулерді қамтитын болғандықтан, оны тек сандық әдістер қолдану арқылы шешуге болады. Айтылып отырған модель Плазма-Көмір программасында FORTRAN программалау тілінде іске асырылады. Жұмыста К-81 бағдарламасының [124]-те сипатталған және химиялық кинетиканың қатты теңдеулер жүйесін шешуге жылдамдық, температура және газ бен бөлшектердің келі уақытының дифференциалды теңдеулерімен қатар, Гир әдісін қолданатын модификациясы қолданылды. Есеп нәтижелерінің анализі реактордан шығар жерде керекті характеристикалары (химиялық құрамы, температура, тығыздық) бар жанғыш қоспаларды алатын плазмалы реакторлардың оптималды конструкциясы мен жұмыс режимі жайлы ақпарат береді.
mylektsii.ru - Мои Лекции - 2015-2017 год. (0.182 сек.)Пожаловаться на материал