Русская версия English version

Разработка модели термического разложения доломита в кипящем слое для обеспечения сорбционных систем газогенераторных установок

А.В. Митрофанов

Вестник ИГЭУ, 2017 г. выпуск 4, сс. 56—61

Скачать PDF

Аннотация на русском языке: 

Состояние вопроса: В энергетике все большую нишу занимают твердотопливные мини-ТЭС. Это расширение поддерживается необходимостью развития независимых и надежных источников энергообеспечения, а также успехами в термохимической переработке твердых видов топлива. В то же время нельзя не отметить наличие лимитирующих процесс факторов. Комплексная энерготехнологическая переработка сопряжена с трудностями, возникающими при очистке генераторных газов. Сорбенты на кальциевой основе широко используются для удаления из газа диоксида серы, серного ангидрида и других соединений. Доломит представляется наиболее подходящим выбором такого сорбента. По этой причине развитие простой, но информативной модели описания технологического процесса термического разложения доломитосодержащих материалов в настоящее время требует специального внимания.

Материалы и методы: Теория цепей Маркова используется для моделирования комплексного  технологического процесса, включающего термическое разложение частиц доломита во взвешенном состоянии. Предложенная модель дополнена следующими полуэмпирическими субмоделями: ожижения твердой фазы в потоке воздуха, межфазного теплообмена, термического разложения твердой фазы. Преобразование доломита до оксидов рассматривается как специфический одностадийный процесс.

Результаты: На основе теории цепей Маркова предложена ячеечная модель комплексного  технологического процесса, включающего термическое разложение частиц доломита во взвешенном состоянии. Переходные матрицы поставлены в соответствие с физическими параметрами протекания процессов, что делает предлагаемую модель нелинейной. Заимствованные из литературы экспериментальные данные и полученные расчетные результаты находятся в хорошем соответствии для изотемпературного процесса. Расчетным путем показано влияние термического эффекта реакции на термодинамическое состояние слоя.

Выводы: Модель, основанная на теории цепей Маркова и дополненная независимыми полуэмпирическими субмоделями процессов в кипящем слое, успешно использована для описания термической диссоциации доломита. Расчеты показывают необходимость учета термического эффекта реакции разложения доломита для надлежащего описания технологического процесса. Предложенная математическая модель может быть рассмотрена как достоверная научная основа для операционного контроля и проектирования установок кипящего слоя.

Список литературы на русском языке: 

1. Afanas'eva O.V., Mingaleeva G.R. Energy efficiency of small coal-fired power plants as a criterion of their wide applicability // Solid fuel chemistry. – 2009. – Vol. 43, №. 1. – P. 55–59.

2. Митрофанов А.В., Tannous K., Мизонов В.Е. Экспериментальное исследование гидродинамики частиц биотоплива в топке с кипящим слоем // Вестник ИГЭУ. – 2014. – Вып. 3. – С. 65–67.

3. Афанасьева О.В., Мингалеева Г.Р. Очистка генераторного газа на угольной мини-ТЭС // Энергетика Татарстана. – 2012. – № 4(28). – C. 25–28. 

4. Добрего К.В. Макрокинетические модели термического разложения доломита для расчета сорбционных систем газогенераторов //  Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. Энергетика. – 2015. – № 5. – С. 51–59.

5. Экспериментальное исследование кинетики термического разложения белорусских доломитов / М.В. Малько, С.В. Василевич, Д.В. Дегтеров, В.Н. Богач // Весцi Нацыянальной акадэмii навук Беларусі. Серыя фізіка-тэхнічных навук. – 2015. – № 1. – С. 95–101.

6. Beruto D.T., Vecchiattini R., Giordani M. Solid products and rate-limiting step in the thermal half decomposition of natural dolomite in a CO2 (G) atmosphere // Thermochimica Acta. – 2003. – Vol. 405. – P.183–194.

7.  Thermal decomposition of natural dolomite / A.I. Rat’ko, A.I. Ivanets, A.I. Kulak, E.A. Morozov, I.O. Sakhar // Inorganic Materials. – 2011. – Vol. 47, №.12. – P. 1372–1377.

8. Косенко Н.Ф., Филатова Н.В. Кинетика разложения доломита в микроволновом поле // Огнеупоры и техническая керамика. –  2010. – № 3. – С. 31–34.

9. Rodriguez-Navarro C., Kudlacz K., Ruiz-Agudo E. The mechanism of thermal decomposition of dolomite: New insights from 2D-XRD and TEM analyses // American Mineralogist. – 2012. – Vol. 97(1). – P. 38–51.

10. Mitrofanov A.V., Mizonov V.E., Tannous K. Markov chain model of particulate solids batch drying in a conical fluidized bed // Известия высших учебных заведений. Сер.: Химия и химическая технология. – 2016. – Т. 59. – № 12. – С. 93–99.

11.  Расчетно-экспериментальное исследование распределения твердых частиц в аппарате с двухмерным псевдоожиженным слоем / А.В. Огурцов, А.В. Митрофанов, В.Е. Мизонов и др. // Изв. вузов. Химия и химическая технология. – 2009. – Т. 52, № 11. – С.131–134.

12.  Балагуров И.А., Мизонов В.Е., Митрофанов А.В. Математическая модель формирования многокомпонент-ной смеси сегрегирующих компонентов // Изв. вузов. Химия и химическая технология. – 2014. – Т. 57, №. 8. – С. 67–70.

13.  Dehling H.G., Hoffman A.C., Stuut H.W. Stochastic Models for Transport in a Fluidised Bed // SIAM Journal of Applied Mathematics. – 1999. – Vol. 60, № 1. – P. 337–358.

14.  Жуков В.П., Беляков А.Н. Термодинамический подход к описанию механических процессов в сыпучих средах // Вестник ИГЭУ. – 2013. – Вып. 1. – С. 74–77. 

15.  Predicting the rate of thermal decomposition of dolomite / M. Hartman, O. Trnka, V. Vesely, K. Svoboda // Chemical Engineering Science. – 1996. – Vol. 51, № 23. – P. 5229–5232.

16. Bird R.B., Steward W.E., Lightfood E.N. Transport Phenomena // John Wiley & Sons, Inc. – New York, 2002. 1069 p.

 

Ключевые слова на русском языке: 
псевдоожиженный слой, вектор состояния, матрица переходных вероятностей, скорость витания частицы, теплоотдача, массоотдача, доломит, термическое разложение, твердое топливо
Ключевые слова на английском языке: 
fluidized bed, state vector, matrix of transition probabilities, particle settling velocity, heat transfer, mass transfer, dolomite, thermal decomposition, solid fuel
Индекс DOI: 
10.17588/2072-2672.2017.4.056-061
Количество скачиваний: 
13