Математическое моделирование термического разложения смолистых веществ в процессе обращенной газифи кации растительной биомассы

ЦЕЛЬ. Оценка условия достаточно глубокого термического разложения смолистых веществ, образующихся при слоевой газификации древе сного топлива. МЕТОДЫ. Для этого применяются математические модели в разных постановках: разложение смолы рассматривается в приближениях одно - и двухреакционной кинетической схемы; для оценки влияния размеров слоя и температуры используется уравнение конве кции-диффузии-реакции с заданным распределением температуры по длине реакционной зоны; температура процесса газификации оценивается из экспериментальных данных и термодинамических расчетов. Наряду с численной моделью разложения смолы применена упрощенная а налитическая формула (для больших чисел Пекле), определены границы ее применимости. РЕЗУЛЬТАТЫ. Эффективность процесса воздушной газификации древесины определяется температурным уровнем окислительной стадии: в области режимов, в которых достигается оптимальные значения эффективности, конверсия смолистых продуктов не протекает достаточно полно из -за кинетических ограничений; повышение удельного расхода окислителя приводит к снижению эффективности из -за стехиометрических причин. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Физико-химические ограничения не позволяют достичь предельных значений эффективности газификации, смещая оптимальные режимы в сторону увеличения удельных расходов воздуха; снижение выхода смолы требует, в первую очередь, изменения термических режимов газификации (например, внешнего нагрева или по вышения концентрации кислорода) .

газификация, смола, кинетика разложения, математическое моделирование, термодинамическое моделирование

1. Sansaniwal S.K., Pal K., Rosen M.A., et al. Recent advances in the development of biomass gasification technology: A comprehensive review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2017. V. 72. pp. 363-384.

2. Marchenko O.V., Solomin S.V., Kozlov A.N., et al. Use of gasifier-based electric power stations for improving the economy of autonomous power supply systems in Russia // Journal of Physics: Conference Series. 2020. V. 1565. N12077.

3. Reed T.B., Das A. Handbook of biomass downdraft gasifier engine systems. The Biomass Energy Foundation Press, 1998. 148 p.

4. Heidenreich S., Foscolo P.U. New concepts in biomass gasification // Progress in Energy and Combustion Science. 2015. V. 46. pp. 72-95.

5. Донской И.Г. Математическое моделирование газификации древесины смолистых продуктов на частицах активных компонен тов // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2018. Т. 20. № 11-12. С. 107-117.

6. Liu W. Linear reaction-convection -diffusion equation // Elementary feedback stabilization of the linear reaction-convection-diffusion equation and the wave equation. Berlin, Heidelberg: Springer, 2010. pp. 119-214.

7. Франк-Каменецкий Д.А. Основы макрокинетики. Диффузия и теплопередача в химической кинетике: монография. Долгопрудный : Издательский дом "Интеллект", 2008. 408 с.

8. Clavin P. Dynamic behavior of premixe d flame fronts in laminar and turbulent flows // Progress in energy and combustion science. 1985. V. 11. P. 1 -59.

9. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. М .: Энергоатомиздат, 1984. 152 с.

10. Kozlov A., Svishchev D., Donskoy I., et al. Impact of gas-phase chemistry on the composition of biomass pyrolysis products // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2015. V. 122 , N3. pp. 1089-1098.

11. Bai Z., Nakatsuka N., Hayashi J., et al. Study on inverse diffusion flame formed in combustion field of woody biomass gasification gas // Proceedings of Grand Renewable Energy 2018 (June 17 -22, 2018, Yokohama, Japan). Paper O -Bc-1-4.

12. Jayah T.H., Aye L., Fuller R.J., et al. Computer simulation of a downdraft wood gasifier for tea drying // Biomass and Bioenergy. 2003. V. 25, N4. pp. 459-469.

13. Салганский Е.А., Полианчик Е.В., Манелис Г.Б. Моделирование фильтрационного горения твердого пиролизующегося топлива // Физика горе ния и взрыва. 2013. Т. 49. № 1. С. 45 -61. https://www.sibran.ru/journals/issue.php?ID=148139&ARTICLE_ID=148144 .

14. Кейко А.В., Свищев Д.А., Козлов А.Н. Газификация низкосортного твердого топлива: уровень и направления развития технологий. Иркутск : ИСЭМ СО РАН, 2007. 66 с.

15. Babu B.V., Sheth P.N. Modeling and simulation of reduction zone of downdraft biomass gasifier: Effect of char reactivity factor // Energy Conversion and Management. 2006. V. 47. pp. 2602-2611.

16. Svishchev D.A., Kozlov A.N., Donskoy I.G., et al. A semi-empirical approach to the thermodynamic analysis of downdraft gasification // Fuel. 2016. V. 168. pp. 91-106.

17. Svishchev D.A., Kozlov A.N., Penzik M.V. Unstratified Downdraft Gasification: Conditions for Pyrolysis Zone Existence // Energy Procedia. 2019. V. 158. pp 649-654.