Курсовая работа: Экспериментальное исследование скорости конверсии образца угля

Оглавление
Введение. 5
1. Анализ существующих методов исследования конверсии твердого топлива. 7
1.1. Методы исследования конверсии твердого топлива. 8
1.2. Термический анализ 8
1.3.Методы конвективного нагрева. 9
1.4.Методы лучистого нагрева. 11
2. Методика эксперимента. 13
2.1. Описание экспериментальной установки. 13
2.2. Программа эксперимента с образцом. 19
Методы анализа продуктов конверсии. 21
2.3. Обработка данных газового анализа. 23
3. Исследование кинетических свойств образца. 26
3.1. Программа эксперимента с образцом. 26
3.2. Данные измерений (изменения массы) 29
3.3.Результаты обработки (данные расчета скорости реагирования, расчет кинетических параметров) 32
Заключение. 34
Список использованных источников. 35

Введение

Ископаемые топлива (нефть, природный газ и уголь) используются для производства более 85% энергии в мире [1]. При этом именно энергетика является одной из основных причин антропогенного изменения климата. Поэтому вопросы улучшения экологических параметров энергетических установок в настоящее время являются одними из наиболее актуальных в научной литературе.
Уголь заслуженно считается самым грязным видом топлива среди ископаемых. При сжигании угля образуется на ~70 % больше диоксида углерода (в пересчете на т у.т.) [2], чем при сжигании природного газа, и на ~30 % больше, чем при сжигании нефти. Выбросы оксидов азота и серы от предприятий энергетики, использующих угольное топливо, в разы выше, чем от аналогичных тепловых станций, использующих природный газ, а необходимость хранения и утилизации шлака, занимающего миллионы гектар земли, является особенностью твердого топлива, не присущей газу и нефти. Однако большая доля угля в мировом топливно-энергетическом балансе – более четверти производимой энергии – не позволяет полностью исключить данное топливо из потребления. По некоторым прогнозам, уголь будет обеспечивать значительную часть энергопотребления как минимум до 2050 года. Это обуславливает значительный интерес к технологиям повышения экологичности и экономичности использования энергетического твердого топлива (ЭТТ – топлива, используемого в энергетике).
В настоящее время, предложено множество различных решений, от газификации и кислородного сжигания ЭТТ до оптимизации эксплуатационных параметров при помощи высокоточного моделирования процессов горения. Эффективное применение практически всех предлагаемых технологий предполагает использование кинетических параметров процессов окисления и горения твердого топлива. Дополнительным стимулом является широкое внедрение возобновляемых источников энергии, имеющих нулевые эксплуатационные затраты, что приводит к вытеснению тепловых электростанций в полупиковый режим работы.
Это объясняет повышенный интерес к определению кинетических параметров процесса окисления различных образцов твердого топлива в научной литературе в последнее время. Параметры конверсии твердого топлива используются для определения основных характеристик энергетических установок, таких как необходимая температура дутьевого воздуха , геометрические параметры горелочных устройств и т.п., а также для разработки принципиально новых устройств. Данные характеристики и закономерности зажигания позволяют определить критические тепловые потоки и границы устойчивости горения исследуемых твердых топлив.
Целью работы является определение скорости конверсии образца.

1. Анализ существующих методов исследования конверсии твердого топлива

Термохимическая конверсия — это контролируемый нагрев и/или окисление биомассы как часть нескольких путей производства промежуточных энергоносителей или тепла. Включено все: от сжигания биомассы, одного из самых простых и ранних примеров использования энергии человеком, до экспериментальных технологий производства жидкого транспортного топлива и химического сырья. Технологии термохимической конверсии классифицируются по соответствующей среде окисления, размеру частиц и скорости нагревания, начиная от нагрева биомассы в бескислородной среде (эндотермической) и заканчивая полным экзотермическим окислением биомассы.
В настоящее время, существует несколько направлений повышения эффективности и экологичности использования твердого топлива в энергетике: от использования принципиально новых технологий (таких как газификация и очистка дымовых газов с помощью мембран ) до оптимизации эксплуатационных параметров существующего энергетического оборудования за счет варьирования параметров горения и полноты сгорания топлива. Наиболее перспективными направлениями являются технологии, предполагающие минимальное изменение конструкции и схемы станции, т.к. новые станции на твердом топливе в мире практически не строятся и внедрение значительных изменений на этапе эксплуатации слишком затратно.
Оптимизация эксплуатационных параметров оборудования является одним из наиболее очевидных путей усовершенствования производственного процесса, т.к. не предполагает существенных затрат и изменения оборудования.