Modelling test of autothermal gasification process using CFD

• Autorzy: Janoszek T. , Stańczyk K. , Smoliński A.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amsc-2017-0019

Warianty tytułu

PL

Badanie modelowe autotermicznego procesu zgazowania z wykorzystaniem CFD

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

There are many complex physical and chemical processes, which take place among the most notable are the chemical reactions, mass and energy transport, and phase transitions. The process itself takes place in a block of coal, which properties are variable and not always easy to determine in the whole volume. The complexity of the phenomena results in the need for a construction of a complex model in order to study the process on the basis of simulation. In the present study attempts to develop a numerical model of the fixed bed coal gasification process in homogeneous solid block with a given geometry were mode. On the basis of analysis and description of the underground coal gasification simulated in the ex-situ experiment, a numerical model of the coal gasification process was developed. The model was implemented with the use of computational fluid dynamic CFD methods. Simulations were conducted using commercial numerical CFD code and the results were verified with the experimental data.

PL

W trakcie zgazowania węgla zachodzi wiele złożonych procesów fizykochemicznych, spośród których do najważniejszych można zaliczyć reakcje chemiczne, transport masy i energii oraz przemiany fazowe. Sam proces przebiega w bloku węgla, której właściwości są zmienne i nie zawsze łatwe do określenia w całej objętości. Złożoność zjawisk powoduje, że badanie procesu na podstawie symulacji wymaga skonstruowania złożonego modelu. W pracy podjęto próbę opracowania modelu numerycznego zgazowania węgla zachodzącego złożu jednorodnym o zadanej geometrii. Na podstawie dokonanych analiz oraz opisu eksperymentu zgazowania węgla przeprowadzanego w reaktorze doświadczalnym ex-situ, w której symulowano warunki PZW, został opracowany model zachodzących procesów. Model został zaimplementowany z wykorzystaniem metod numerycznej mechaniki płynów CFD (z ang. Computational Fluid Dynamics). Przeprowadzone zostały symulacje, a ich rezultaty zostały odniesione do rezultatów uzyskiwanych podczas eksperymentów.

Słowa kluczowe

EN

computational fluid dynamics; CFD; coal gasification process; numerical modelling

PL

numeryczna mechanika płynów; CFD; proces zgazowania węgla; modelowanie numeryczne

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 62, no. 2
• Strony: 253--268
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Janoszek T.

• Central Mining Institute, Department of Rockburst and Rock Mechanics, Plac Gwarków 1, 40-166 Katowice, Poland

autor

Stańczyk K.

• Central Mining Institute, Department of Energy Saving and Air Protection, Plac Gwarków 1, 40-166 Katowice, Poland

autor

Smoliński A.

• Central Mining Institute, Department of Energy Saving and Air Protection, Plac Gwarków 1, 40-166 Katowice, Poland

Bibliografia

• [1] Ajilkumar A., Sundararajan T., Shet U.S.P., 2009. Numerical Modeling of a Steam-Assisted Tubular Coal Gasifier. International Journal of Thermal Sciences, 48, 308-321.
• [2] ANSYS FLUENT 12.0 Documentation, (2009). Białecka B., 2008. Underground Coal Gasification - Fundamentals of decision-making process (in Polish). Central Mining Institute.
• [3] Choi Y.C., Li X.Y., Park T.J., Kim J.H., Lee J.G., 2001. Numerical Study on the Coal Gasification Characteristics In a Entrained Flow Coal Gasifier. Fuel, 80, p. 2193-2201.
• [4] Chui E.H., Majeski A.J., Lu D.Y., Hughes R., Gao H., McCalden D.J., Anthony E.J., 2009. Simulation of entrained flow coal gasification. Energy Procedia, 1, 503-509.
• [5] Daggupati S., Ramesh N., Manadapati R.N., Mahajani S.M., Ganesh A., Chapru R.K., 2011. Laboratory studies on cavity growth and product gas composition in the context of underground coal gasification. Energy, 36, p. 1776.
• [6] Jaworski Z., 2005. Computational Fluid Dynamics in Chemical and Process Engineering (in Polish). EXIT, Warsaw.
• [7] Janoszek T., Łączny J.M., Stańczyk K., Smoliński A., Wiatowsk M., 2013. Modelling of gas flow in the underground coal gasification process and its interactions with the rock environment. Journal of Sustainable Mining, vol. 12, nr 02, p. 8-20.
• [8] Macphee J.E., Sellier M., Jermy M., Tadulan E., 2009. CFD modeling of pulverized coal combustion in a rotary lime kiln. Seventh International Conference on CFD in the Minerals and Process Industries, CSIRO, Melbourne, Australia, 9-11 December 2009.
• [9] Stańczyk K., Kapusta K., Wiatowski M., Świądrowski J., Smoliński A., Rogut J., Kotyrba A., 2012. Experimental simulation of hard coal underground gasification for hydrogen production. Fuel, 91 (1), 40-50.
• [10] Seewald H., Klein J., Jungten H., 1985. Pore structure of coal derived from permeation and sorption measurements. Proc. Int. Conf. on Coal Sci. Sydney, p. 861., Pergamon Press.
• [11] Silaen A., Wang T., 2009. Comparison of Instantaneous Equilibrium and Finite-Rate Gasification Models In a Entrained-Flow Coal Gasifier. Proceeding of the 26th International Pittsburgh Coal Conference. Pittsburg, USA, September 20-23.
• [12] Tomeczek J., 1991. Coal Gasification (in Polish). Publications of Technical University of Silesia. Gliwice.
• [13] Watanabe H., Otaka M., 2006. Numerical simulation of coal gasification in entrained flow coal gasifier. Fuel, 85, p. 1935-1943.
• [14] Wachowicz J., Janoszek T., Iwaszenko S., 2010. Model tests of the coal gasification process. Archives of Mining Sciences, 55, 249-262.
• [15] Wayne D., Reynolds A., Kennedy D., 2010. Computer simulation of a biomass gasification-solid oxide fuel cell power system using Aspen Plus. Energy, 35.
• [16] Wen C.Y., Chaung T.Z., 1979. Entrainment coal-gasification modeling. Industrial and Engineering Chemistry Process Design and Development, 18, 684-695.
• [17] Vamvuka D., Woodburn E.T., Senior P.R., 1995. Modelling of An Entrained Flow Coal Gasifier. Fuel, 74, p. 1452-1460.
• [18] Yang L., Liang J., Yu L., 2003. Clean coal technology - Study on the pilot project experiment of underground coal gasification. Energy, 28, p. 1445.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017)