Підвищення ефективності газифікації високозольного вугілля на основі встановлення закономірностей формування енергетичного оптимуму процесу

UKR: У дисертаційній роботі отримані нові науково обґрунтовані результати, що у сукупності є суттєвими для вирішення актуальної науково-технічної задачі, яка полягає у підвищенні ефективності газифікації високозольного вугілля на основі встановлення закономірностей формування енергетичного оптимуму процесу за результатами узгодженого дослідження температури, складу, теплоти згоряння та питомого виходу генераторного газу при зміні параметрів окисника, з урахуванням впливу мінеральної складової палива, екологічних характеристик генераторного газу та ексергетичної ефективності схем термохімічної переробки. У роботі встановлено, що процес газифікації високозольного вугілля має чітко виражену область енергетично раціональних режимів, яка формується при коефіцієнті витрати окисника близько 0,3–0,32. Показано, що зміна коефіцієнта витрати окисника приводить до формування трьох характерних режимних областей, а саме області недостатньої окислювальної забезпеченості з наявністю непрореагованого вуглецю, області раціональних режимів та області надлишкового окислення. У першій області обмежувальним фактором є недостатнє перетворення палива, у третій зростання вмісту CO2 і H2O та зниження частки горючих компонентів генераторного газу. Встановлено, що використання логарифмічного показника lg((CO+H2)/CO2) дозволяє отримати стійкий критерій оцінки режиму газифікації. Вперше встановлено, що коефіцієнт витрати окисника є визначальним неперервним керувальним параметром процесу газифікації високозольного вугілля, зміна якого зумовлює узгоджену трансформацію температури процесу, складу окисника, теплоти згоряння, складу та питомого виходу генераторного газу, причому енергетично оптимальний режим для всіх досліджених умов формується при коефіцієнті витрати окисника 0,3-0,32. При цьому положення максимуму не зміщується зі збільшенням вмісту кисню в окиснику, що підтверджує квазіуніверсальний характер оптимальної області за коефіцієнтом витрати окисника. Важливим результатом роботи є запропонований інтегральний енергетичний показник, що одночасно враховує питомий вихід генераторного газу та його нижчу теплоту згоряння. Показано, що цей показник має чітко виражений максимум при коефіцієнті витрати окисника 0,3 для всіх досліджених умов, незважаючи на протилежний характер зміни його складових, а саме зростання виходу газу та зниження його теплотворної здатності при збільшенні подачі окисника. Максимальні значення інтегрального енергетичного показника становлять 17,2–18,1 МДж/кг вугілля залежно від вмісту кисню в окиснику. Встановлено, що повітряна газифікація при оцінці за інтегральним енергетичним показником не є принципово енергетично слабкою. Незважаючи на нижчу теплоту згоряння повітряного генераторного газу, його більший вихід забезпечує сумарний енергетичний результат того самого порядку, що і при кисневій газифікації. Практичне значення одержаних результатів полягає у розробленні підходу до комплексного оцінювання енергетичної ефективності процесу газифікації на основі спільного використання критерію lg((CO+H2)/CO2) та інтегрального енергетичного показника. Отримані результати створюють основу для побудови режимних карт газифікації високозольного вугілля за коефіцієнтом витрати окисника, температурою процесу, вмістом кисню в окиснику та складом генераторного газу. Вони можуть бути використані при налагодженні, оптимізації та експлуатаційному супроводі газифікаційних процесів, а також при обґрунтуванні вимог до очищення генераторного газу та виборі технологічно й ексергетично доцільних схем його подальшого використання.