Nghiên Cứu Xây Dựng Mô Hình Toán Học Mô Tả Quá Trình Khí Hóa Trấu Trong Hệ Thống Tầng Sôi Tuần Hoàn

- Công nghệ và thiết bị khí hoá .
- Công nghệ khí hoá và thiết bị khí hoá tầng cố định .
- Công nghệ khí hoá tầng sôi và thiết bị khí hoá tầng sôi .
- Lựa chọn loại thiết bị khí hoá CHƯƠNG 2.
- Các phản ứng hoá học chính xảy ra trong quá trình khí hoá .
- J/mol.K T Nhiệt độ của vùng phản ứng.
- s τ Thời gian phản ứng (thời gian lưu).
- m z Chiều cao đoạn chia thiết bị.
- m3 VRb Thể tích khối phản ứng của pha bong bóng.
- u0 Vận tốc khí đi vào thiết bị.
- rj Tốc độ phản ứng hoá học.
- mol/m3s rj Tốc độ phản ứng hoá học.
- m2/s Qadd Lượng nhiên liệu cần bổ sung thêm vào thiết bị đốt.
- kg/s Hdemand Nhiệt lượng cần thiết cho thiết bị khí hoá.
- mol nair Số mol không khí đưa vào thiết bị đốt.
- mol Hr Chiều cao thiết bị đốt.
- m3/s Ar Tiết diện cắt ngang của thiết bị đốt.
- m2 Dr Đường kính của thiết bị đốt.
- M Tr Nhiệt độ làm việc của thiết bị đốt.
- Enthanpy của các phản ứng khí hoá Bảng 2.8.
- Kết quả tính toán thiết bị khí hoá DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊHình 1.1.
- Nguyên tắc hoạt động của thiết bị khí hoá tầng sôi kiểu bong bóng ........26Hình 1.6.
- Nguyên tắc hoạt động của thiết bị khí hoá tầng sôi kiểu chảy rối Hình 1.7.
- Nguyên tắc hoạt động của thiết bị khí hoá tầng sôi tuần hoàn Hình 1.8.
- Nguyên tắc hoạt động của thiết bị khí hoá tầng sôi tuần hoàn hạt rắn trơ 29Hình 1.9.
- Nguyên tắc hoạt động của thiết bị khí hoá dòng cuốn theo Hình 2.1.
- Sự thay đổi thành phần các cấu tử trong toàn bộ thiết bị theo chiều cao ..90Hình 3.9.
- Công nghệ và thiết bị khí hoá Phương pháp phân loại công nghệ khí hóa dựa vào nguyên tắc hoạt động củathiết bị.
- Khí hoá tầng sôi.
- Công nghệ khí hoá và thiết bị khí hoá tầng cố địnha.
- Công nghệ và thiết bị khí hóa tầng cố định ngược chiều Nguyên tắc hoạt động của các lò khí hoá tầng cố định ngược chiều (XemHình 1.3).
- Điều này làm cho loại thiết bị này khắcphục được các nhược điểm của loại thiết bị khí hoá ngược chiều.
- Tuy nhiên, các ưuđiểm của thiết bị khí hoá ngược chiều lại trở thành nhược điểm của loại thiết bị này.
- 24Nguyên tắc hoạt động của các loại thiết bị khí hoá tầng sôi dựa vào sự cân bằng lựcgiữa trọng lực của các hạt rắn và lực của dòng khí tác động lên hạt, do đó nhiênliệu, không khí và hơi nước cùng được đưa vào đáy thiết bị.
- Sự phân chia các vùng trong thiết bị khí hoá tầng sôi không rõ ràngnhư các thiết bị khí hoá tầng cố định.
- Khí hoá tầng sôi bong bóng.
- Khí hoá tầng sôi tuần hoàn.
- Do đó loại thiết bị khí hoá kiểu này rất phù hợp để khí hoá cácloại nhiên liệu có khối lượng riêng và kích thước hạt nhỏ.
- Nhờ hiện tượng tầng sôimà quá trình tiếp xúc pha lớn, nhiệt độ đồng nhất hơn các loại thiết bị khí hoá tầng 25cố định.
- Nguyên tắc hoạt động của thiết bị khí hoá tầng sôi kiểu bong bóngb.
- Do hiện tượng sôi mãnh liệt hơn nên thiết bị khí hoá loại này có hiệu suấtcao hơn các thiết bị khí hoá tầng sôi bong bóng.
- Nguyên tắc hoạt động của thiết bị khí hoá tầng sôi kiểu chảy rốic.
- Khí hóa tầng sôi tuần hoàn Hai loại thiết bị khí hoá tầng sôi bong bóng và chảy rối có hiệu suất cao, quátrình phản ứng tốt.
- Nguyên tắc hoạtđộng của thiết bị được mô tả vắn tắt trên Hình 1.7.
- Tốc độ khí đi trong thiết bị phải đủ lớn (vẫn đảm bảo quá trình tầngsôi) để có thể đẩy các hạt rắn sang ống tuần hoàn và đưa lại thiết bị phản ứng.
- Dođó loại thiết bị này thường là thiết bị khí hoá tầng sôi chảy rối có ống tuần hoàn.
- Nguyên tắc hoạt động của thiết bị khí hoá tầng sôi tuần hoànd.
- Nguyên tắc hoạt động của thiết bị này là nhiên liệu đưa vào một thiết bị khíhoá tầng sôi.
- Phần nhiên liệu không phản ứng hết được đưa sang thiết bị đốt để đốt 28hoàn toàn, lấy nhiệt cung cấp cho thiết bị khí hoá thông qua một loại hạt rắn.
- Nguyên tắc hoạt động của thiết bị khí hoá tầng sôi tuần hoàn hạt rắn trơ 29 Nhược điểm chủ yếu của thiết bị là phải vận chuyển thêm một lượng chấtmang nhiệt nên công suất của quạt sẽ lớn hơn.
- Các thiết bị khí hoá loại này là một thiết bị phản ứngđẩy, do đó tốc độ khí trong thiết bị phải đảm bảo quá trình chảy rối để quá trình traođổi chất và nhiệt diễn ra mãnh liệt nhất1.4.
- Không như các loại thiết bị khí hoá tầng cố định, thiếtbị khí hoá tầng sôi có thể làm việc liên tục.
- Đây là ưu điểm lớn nhất của loại thiết bị này.
- Do đó, mô hình động học được lựa chọnlàm cơ sở xây dựng mô hình tính toán cho thiết bị khí hoá tầng sôi tuần hoàn.2.1.
- Mô hình tính toán Hệ thống khí hoá tầng sôi gồm có một thiết bị khí hoá tầng sôi và một thiếtbị đốt dạng dòng cuốn theo.
- Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống khí hoá tầng sôi vỏ trấu Thiết bị khí hoá tầng sôi có nhiệm vụ nhận nhiên liệu, hơi nước và nhiệt từcát chuyển từ thiết bị đốt sang để thực hiện các phản ứng khí hoá, tạo thành khí tổnghợp.
- Thiết bị đốt dạng dòng cuốn theo có nhiệm vụ nhận phần than thiêu kết dư từthiết bị khí hoá cùng với không khí và nhiên liệu bổ sung để thực hiện quá trình đốt,cung cấp nhiệt cho cát tuần hoàn.
- Phương pháp tính toán là chia thành hai thiết bịđộc lập, mỗi thiết bị có một mô hình tính toán.
- Thiết bị khí hoá tính toán chính xác 33theo mô hình động học.
- Thiết bị đốt có một lượng không khí dư đưa vào để đốthoàn toàn nhiên liệu nên có thể tính toán thiết bị này theo mô hình cân bằng.
- Dọc theo chiều cao thiết bị khí hóa, từ dưới lên trên, ta có thể chia thành cácvùng chính như sau.
- Thông sốđầu vào của vùng tiếp theo lấy thông số ở đầu vào thiết bị.
- Vùng nàycó thời gian phản ứng cũng rất ngắn, chiều cao của vùng rất nhỏ so với chiều caocủa thiết bị nên ta sẽ sử dụng mô hình động học để tính toán quá trình nhiệt phân vàmô hình cân bằng để tính toán quá trình phản ứng của các thành phần sinh ra saukhi nhiệt phân.
- Vùng tầng sôi là vùng phản ứng chính của thiết bị.
- Do đó ta có thể coi vùng nhiệt phân như một thiết bị phản ứng với chiềucao rất nhỏ, sự thay đổi nồng độ theo chiều cao thiết bị là rất nhỏ, do đó ta sử dụngmô hình cân bằng để tính toán.
- Nhiệt độ của pha bong bóng coi bằng nhiệt độ của khí trong pha nhũ tương,nghĩa là nhiệt độ trên một mặt cắt ngang thiết bị coi như không đổi đối với pha khí.
- Áp suất trong thiết bị không thay đổi tại mọi điểm trong thiết bị.
- Số khoảng chia thiết bị đủ nhỏ để chênh lệch nhiệt độ giữa các phần rấtnhỏ, do quá trình khuấy trộn rất tốt nên có thể bỏ qua bức xạ nhiệt của các chất khí.
- Thiết bị có dạng hình trụ, tiết diện cắt ngang thiết bị không đổi theo chiềucao của vùng tầng sôi.
- Cân bằng vật chất vùng tầng sôi Xét một đoạn thiết bị có tiết diện ngang là Ab, chiều cao dz.
- mf j1 Trong một đoạn thiết bị rất ngắn, coi u0 không thay đổi theo dz.
- rj .H Rj.s .dt N N N (2.42) j1 j1 j1 - Lượng nhiệt nhận từ cát nóng vận chuyển từ thiết bị đốt sang.
- Áp suất trong thiết bị không đổi tại mọi điểm.
- Với các giả thiết trên, ta coi vùng này là một thiết bị phản ứng đẩy đoạnnhiệt để tính toán.b.
- Giải đồng thời các phương trình này, ta thu được kết quả là sựubiến đổi số mol của các cấu tử và nhiệt độ của các pha trong vùng chuyển động tựdo theo chiều cao của thiết bị.2.1.6.
- K i  1 / P .n i  1  n Ở đây, Pn được tính theo áp suất làm việc của thiết bị và số mol của các cấutử chất khí: 1 6 Pn.
- p Khối lượng riêng đổ đống của nhiên liệu trong thiết bị được tính bằng [9]: bu  ap .1.
- Enthanpy của các phản ứng khí hoá Phản ứng ΔHRj(T kJ/mol] 62g.
- Khối lượng riêng của hỗn hợp các cấu tử Trong thiết bị khí hoá có sự xuất hiện đồng thời của nhiều chất khí và chấtrắn.
- Trình bày ở trên là tính toán cho một phân tố thể tích thiết bị tại vị trí chiapha.
- Để tính toán cho toàn bộ vùng tầng sôi, ta chia vùng này ra thành các đoạn nhỏdọc theo chiều cao, mỗi đoạn này ta sẽ coi như một thiết bị khí hoá nhỏ và chúngnối tiếp nhau.
- Để tính toán cho vùng chuyển động tự do, ta cũng chia vùng nàythành các đoạn nhỏ dọc theo chiều cao thiết bị.
- Các thông số công nghệ cơ bản của công nghệ khí hóaLoại nhiên liệu Vỏ trấuNăng suất theo nhiên liệu [kg/h] 500Tỷ lệ hơi nước/nhiên liệu 0,35Tỷ lệ cát tuần hoàn/nhiên liệu 45Áp suất làm việc [atm] 1,00Nhiệt độ của pha rắn sau khi nhiệt phân [K] 1094Nhiệt độ của pha khí sau khi nhiệt phân [K] 1089Đường kính vùng tầng sôi [m] 1,00Chiều cao vùng tầng sôi [m] 2,00Đường kính vùng chuyển động tự do [m] 1,40Chiều cao vùng chuyển động tự do [m] 2,00Độ cầu của hạt rắn 0,81Đường kính hạt than thiêu kết sinh ra [m] 0,20.10-3Khối lượng riêng của than thiêu kết [kg/m3] 1478Đường kính hạt cát [m] 0,27.10-3Khối lượng riêng của cát [kg/m3] 2600Hệ số hiệu chỉnh tốc độ biến đổi chất của các cấu tử 80Số khoảng chia của vùng tầng sôi theo chiều cao 2000Chiều cao mỗi khoảng chia [mm] 1Số khoảng chia của vùng chuyển động tự do theo chiều cao 2000Chiều cao mỗi khoảng chia [mm] 1Số khoảng chia phụ trong mỗi khoảng chia (cho cả hai vùng) 100Chiều cao mỗi khoảng chia phụ [mm] 0,01 Mô hình để tính toán thiết bị khí hoá tầng sôi đã được giới thiệu ở chương 2của luận văn.
- Mô hình này yêu cầu phải biết trước kích thước của thiết bị, do đó 77kích thước của thiết bị được chọn trước để tính toán.
- Chương trình con “RiserModel” dùng để tính toán cho thiết bị đốt.
- Các thông số khác được tính toán và lấy từ thiết bị khí hoá.
- Kếtquả tính toán của chương trình này là chiều cao của thiết bị, lưu lượng khí thải, lưulượng không khí cần thiết, lượng nhiên liệu cần bổ sung nếu than thiêu kết khôngcung cấp đủ nhiệt cho thiết bị khí hoá.
- Thông số vào của chương trình được tự động lấy từ các thông số saukhi tính toán thiết bị khí hoá.
- Chương trình con “InsulationModel” dùng tính toán bảo ôn cho thiết bị khíhoá và thiết bị đốt.
- Các thôngsố khác được tính toán và lấy từ kết quả tính các thiết bị tương ứng.
- Chương trình con “CycloneModel” tính chọn Cyclone cho thiết bị khí hoávà thiết bị đốt.
- Chương trình lấy số liệu tính toán của các thiết bị tương ứng,tính chọn ra vít tải tiêu chuẩn.
- Chương trình con “Supported” tính toán chọn tai treo cho thiết bị khí hoávà tính kiểm tra bề dày thân trụ cho thiết bị khí hoá và thiết bị đốt.3.2.8.
- Chương trình con “BiomassGasifierFigure” dùng để xây dựng các đồ thịnhư sự thay đổi phần mol, nhiệt độ của các cấu tử, độ chuyển hoá của than thiêu kếtvà hơi nước theo chiều cao thiết bị.
- Hình 3.3 biểu diễn sự thay đổithành phần của các cấu tử trong pha nhũ tương theo chiều cao thiết bị.
- Sự thay đổi nhiệt độ trong vùng chuyển động tự do theo chiều cao 89 Tổng hợp lại cho toàn bộ thiết bị, ta có đồ thị biểu diễn sự thay đổi thànhphần của các cấu tử theo chiều cao thiết bị như Hình 3.8.
- Sự thay đổi thành phần các cấu tử trong toàn bộ thiết bị theo chiều cao Quan sát đồ thị Hình 3.8 ta thấy quá trình phản ứng xảy ra mãnh liệt ở vùngtầng sôi.
- Tìm hiểu các phương pháp khí hoá, các loại thiết bị khí hoávà nguyên tắc hoạt động của chúng.
- Tìm hiểu sâu về công nghệ khí hoá tầng sôi vàcác loại thiết bị khí hoá tầng sôi, nguyên tắc hoạt động, ưu điểm, nhược điểm củacông nghệ và thiết bị khí hóa.
- Xây dựng mô hình tính toán và giải mô hình tính toán cho thiết bị khí hoátầng sôi

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt