Влияние тепловых параметров реакционной камеры на эффективность процесса термических превращений углеродсодержащих сред

Abstract

Исследован высокотемпературный нагрев углеродсодержащего топлива с размерами частиц от 50 до 200 мкм с целью установления рациональных кинетических и тепловых параметров, влияния их на тепло – и массообмен и эффективность процесса термических превращений в реакционной камере при изменении удельного теплового потока qc =10⁴ ÷10⁷ Вт/м² и температуре газа Тк = (2÷6)•10³ К. Влияние тепловых параметров на процесс газификации твердого топлива определено на примере нагрева частиц угля и водяного пара при конвективном и лучистом теплообмене. Дана сравнительная оценка результатов расчетов и сделан вывод о превалирующем влиянии лучистого теплообмена в суммарном тепловом потоке при Тк > 5•10³ К в плазменном реакторе. Приведены результаты расчета объема реакционной камеры и режима ее работы с учетом тепловых и кинетических параметров высокотемпературного нагрева топлива. Показано, что эффективный процесс термических превращений топлива необходимо проводить при температуре Тк ≤ 3000 К в плазмохимическом реакторе совмещенного типа.

Досліджено високотемпературний нагрів палива, що містить в собі вуглець, з розмірами частинок від 50 до 200 мкм з метою встановлення раціональних кінетичних та теплових параметрів, впливу їх на тепло і массoобмін і ефективність процесу термічних перетворень в реакційній камері при зміні питомого теплового потоку qc =10⁴ ÷10⁷ Вт/м² і температурі газу Тк = (2 ÷ 6)•10³ К. Вплив теплових параметрів на процес газифікації твердого палива визначено на прикладі нагрівання частинок вугілля і водяної пари при конвективному і променистому теплообміні. Надано порівняльну оцінку результатів розрахунків і зроблено висновок про переважаючий вплив променистого теплообміну в сумарному тепловому потоці при Тк > 5•10³ К в плазмовому реакторі. Наведено результати розрахунку об’єму реакційної камери та режиму її роботи з урахуванням теплових і кінетичних параметрів високотемпературного нагріву палива. Показано, що ефективний процес термічних перетворень палива необхідно проводити при температурі Тк ≤ 3000 К в плазмохімічному реакторі поєднаного типу.

The high-temperature heating of carbon-bearing fuels with particle size of 50-200 microns was investigated in order to establish rational and kinetic thermal parameters, their influence on the heat-and-mass transfer and efficiency of thermal reactions in the reaction chamber at a changed specific heat flow qc =10⁴ ÷10⁷ Вт/m² and gas temperature Тк = (2÷6)•10³K. The thermal parameter influence on the solid fuel gasification process was determined on the example of coal particles and water vapor heating at convective and radiant heat transfer. The calculation results were compared, and it was concluded that influence of radiative heat transfer prevailed in the total heat flow in plasma reactor when Тк > 5•10³ K. Volume of the reaction chamber and its operation are calculated with taking into account thermal and kinetic parameters of the fuel high-temperature heating. It is shown that a process of the fuel thermal transformations is effective at temperature Тк ≤ 3000 K in the plasma-chemical reactor of the combined type.