Численное моделирование процесса горения кокса каменного угля в приборе термогравиметрического анализа

Abstract

Уголь является дешевым и распространенным топливом для производства энергии и синтез-газа, поэтому изучение его кинетических характеристик позволит серьёзно повысить эффективность работы оборудования. Перспективным методом определения кинетических свойств твёрдого топлива является термогравиметрический анализ (ТГА). Прибор ТГА (в частности печь) конструктивно сложен и не даёт полного представления обо всех сторонах процесса, таких как аэродинамические особенности и распределение газов в объёме печи. Данные параметры, как правило, определяют методом вычислительной гидродинамики (CFD). В докладе моделировалось внутреннее пространство печи, включающее тигли, подставку, держатель и трубку подачи защитного газа (аргона). В первом случае расчёт проводился для эксперимента с конечной температурой 4500С, а во втором – для эксперимента с конечной температурой 7000С. В обоих случаях один тигель был пустой, другой – с навеской кокса Кузнецкого каменного угля марки Д. Моделируемая система считалась изотермичной с температурами 4500С и 7000С и, соответственно, кинетическим и диффузионным режимами выгорания кокса. Сравнение результатов, полученных для двух вышеописанных случаев, позволило установить характер влияния режима горения кокса в одном из тиглей на аэродинамику и концентрационные поля внутри печи прибора ТГА.

Coal is a cheap and videspread fuel for energy and syngas production, so the study of its kinetic characteristics allows to seriously improving the efficiency of the equipment. A promising method for determining the kinetic properties of solid fuels is a thermal gravimetric analysis (TGA). TGA instrument (particularly bake) structurally complicated and does not allow to experimentally determining some important process parameters such as aerodynamic characteristics, and distribution of gases in the kiln volume. These parameters are generally determined by computational fluid dynamics (CFD). The report modeled the interior of the furnace, including crucibles, stand, holder and tube shielding gas (argon). In the first case, the calculation was carried out for experiment with temperature of 4500C, and in the second – experiment with temperature of 7000C. In both cases one of the crucibles was empty and another with the sample coke Kuznetsk coal brand D. Simulated system is considered to be isothermal with a temperature of 450°C and 700°C and, accordingly, the diffusion regime burning coke. Comparing the results obtained for the above two cases, allowed establishing the nature of the influence of coke combustion process in one of the crucibles on aerodynamics and concentration fields inside the furnace TGA instrument.