Cieplno-przepływowy model karbonizacji suchego węgla

• Autorzy: Ciżmiński P. , Polesek-Karczewska S. , Kardaś D. , Mertas B.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rm.2014.34

Warianty tytułu

EN

Thermal-flow model for dry coal carbonization

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Koksowanie węgla, istotne z technicznego punktu widzenia, jest procesem złożonym, na który składa się szereg zjawisk fizycznych i chemicznych. Kompleksowy model koksowania wymaga uwzględnienia zagadnień transportu ciepła, przemian fizykochemicznych i fazowych oraz zagadnień związanych z przepływem gazu. Podstawą procesu jest piroliza cząstki węgla, podczas której pod wpływem wysokiej temperatury ulega ona rozkładowi, w wyniku czego uwalniane są gazy pirolityczne. Termochemiczna konwersja cząstek węgla wiąże się jednocześnie ze zmianą ich struktury, tj. porowatości i gazoprzepuszczalności, co znacząco wpływa na dynamikę zmian ciśnienia w komorze koksowniczej. W pracy proponuje się jednowymiarowy nieustalony model procesu koksowania. Model opisuje proces karbonizacji węgla suchego i składa się z czterech równań bilansowych - bilansu masy fazy stałej, transportu masy fazy gazowej, bilansu pędu gazu, bilansu energii wsadu oraz, dodatkowo, równania stanu gazu doskonałego. Źródło masy gazów opisano bazując na danych termograwimetrycznych. Do rozwiązania zagadnień transportu ciepła i przepływu gazu wykorzystano schematy numeryczne częściowo niejawne. Model umożliwia predykcję rozkładu temperatury, ilości wydzielonych gazów, ciśnienia i prędkości gazów w komorze koksowniczej dla całego procesu rzeczywistego przy stosunkowo niewielkim koszcie obliczeń. Rezultaty wskazują jednoznacznie na istotny wpływ zawartości części lotnych w węglu oraz gazoprzepuszczalności na zmianę ciśnienia w komorze.

EN

Coal coking, crucial from technical point of view, is a very complex process involving many physical and chemical phenomena. The complete model of coking requires taking into account of problems of heat transfer, physico-chemical and phase transitions, and gas flow. The basis of the process is the pyrolysis of coal particle, during which under high temperature they undergo decomposition, in result of which the pyrolityc gases are released. Thermochemical conversion of coal particles is associated with their structure change, e.g. their porosity and permeability, which strongly affects the dynamics of pressure change in coking chamber. In the paper, the transient one-dimensional model of coal coking is proposed. It describes the carbonization process of dry coal and consists of four balance equations- mass balance for solid, mass and momentum balance equations for gas, energy balance for coal charge, and additionally, the ideal gas law. Mass source for gas was described basing on thermogravimetric data. To solve the problems of heat transport and gas flow the semi-implicit numerical schemes were applied. The model enables to predict distributions of temperature, mass of released gases, pressure and gas velocity in coking chamber for the whole real process with relatively low calculation cost. The results clearly indicate on the effect of coal volatile content and gas permeability on the pressure change in the chamber.

Słowa kluczowe

PL

koksowanie; piroliza; części lotne; gazoprzepuszczalność

EN

coking; pyrolysis; volatile content; gas permeability

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika
• Rocznik: 2014
• Tom: z. 86 [290], nr 3
• Strony: 311--318
• Opis fizyczny: Bibliogr. 5 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Ciżmiński P.

• Instytut Maszyn Przepływowych PAN, Fiszera 14, 80-231 Gdańsk

autor

Polesek-Karczewska S.

• Instytut Maszyn Przepływowych PAN, Fiszera 14, 80-231 Gdańsk

autor

Kardaś D.

• Instytut Maszyn Przepływowych PAN, Fiszera 14, 80-231 Gdańsk

autor

Mertas B.

• Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, ul. Zamkowa 1, 41-803 Zabrze

Bibliografia

• 1. Mertas B., Sobolewski A., Różycki G.: Badania gazoprzepuszczalności warstwy plastycznej węgli jako czynnika wpływającego na wielkość generowanego ciśnienia rozprężania, KARBO, 2 (2013) 163-171.
• 2. Polesek-Karczewska S.: Analiza porównawcza kinetyki zgazowania różnych rodzajów biomasy i paliw kopalnych. Oprac. wew. IMP PAN, nr arch. 141/08.
• 3. Lee W.T.: Tridiagonal matrices: Thomas algorithm, MS6021, Scientific Computation, University of Limerick
• 4. Polesek-Karczewska S., Kardaś D., Mertas B.: Modelowanie rozkładu temperatury w piecu koksowniczym, KARBO, nr 3, 2009, s. 151-155.
• 5. Stelmach S., Kardaś D., Polesek-Karczewska S. Eksperymentalna weryfikacja niefourierowskiego modelu transportu ciepła w koksowanym wsadzie węglowym, KARBO, nr 3, 2011, s. 156-165.