Registration Number
0826U003290, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
09-07-2026
popup.evolution
o
Title
Improvement of high-ash coal gasification efficiency based on establishing regularities in the formation of the process energy optimum
Author
Olena V. Tutova,
popup.head Mykhailo V. Hubynskyi
popup.head Valeriia O. Pinchuk
popup.opponent Roman O. Dychkovskyi
popup.opponent Serhii H. Kobzar
popup.opponent Denis V. Miroshnichenko
popup.review Andrii Y. Usenko
popup.rada
Ukrainian State University of Science and Technologies
Description
Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної науково-технічної задачі підвищення ефективності газифікації високозольного вугілля шляхом встановлення закономірностей формування енергетичного оптимуму процесу. Необхідність дослідження зумовлена тим, що традиційне спалювання високозольного вугілля супроводжується підвищеними втратами, значним утворенням мінерального залишку, ускладненням газоочищення та екологічними обмеженнями, тоді як газифікація забезпечує більш кероване термохімічне перетворення палива з одержанням генераторного газу.
Метою роботи є підвищення ефективності газифікації високозольного вугілля на основі узгодженого аналізу температури процесу, складу окисника, теплоти згоряння, складу та питомого виходу генераторного газу з урахуванням впливу мінерально-хімічних компонентів палива, екологічних характеристик газу та ексергетичної ефективності схем термохімічної переробки.
У роботі встановлено, що коефіцієнт витрати окисника є визначальним неперервним керувальним параметром процесу газифікації високозольного вугілля. Показано, що зміна цього параметра зумовлює формування трьох характерних режимних областей: області недостатньої окислювальної забезпеченості з наявністю непрореагованого вуглецю, області енергетично раціональних режимів та області надлишкового окиснення зі зростанням вмісту CO2 і H2O та зниженням частки горючих компонентів. Енергетично оптимальний режим для досліджених умов формується при коефіцієнті витрати окисника 0,3-0,32 і не зміщується зі збільшенням вмісту кисню в окиснику.
Запропоновано інтегральний енергетичний показник процесу газифікації, що враховує питомий вихід генераторного газу та його нижчу теплоту згоряння. Встановлено, що цей показник має максимум при коефіцієнті витрати окисника близько 0,3 для всіх досліджених складів окисника, а його максимальні значення становлять 17,2-18,1 МДж/кг вугілля в залежності від виду окисника. Доведено, що раціональний режим газифікації відповідає не максимальній температурі, а області її достатності, за якої досягається найбільший сумарний енергетичний вихід генераторного газу. Підігрів окисника підвищує температурний рівень і сприяє зростанню відношення CO/CO2 приблизно на 20%, але не змінює положення енергетичного оптимуму.
Встановлено двоїстий вплив мінерально-хімічних компонентів палива. Підвищення вмісту Na2O знижує температуру газифікації на 100–250 К та за повітряної газифікації збільшує сумарний вміст CO+H2 майже на 40%, що свідчить про підвищення відновлювального потенціалу генераторного газу. Водночас зростають концентрації HCl, NaCl і KCl, а в газову фазу переходить 54-71% натрію та 61-69% хлору, що посилює корозійні ризики, схильність до утворення відкладень та вимоги до очищення генераторного газу.
Встановлено узгоджені закономірності формування сірко- та азотовмісних компонентів генераторного газу при одночасному варіюванні температури 1273-2473 К, вмісту кисню в окиснику 21-100% та коефіцієнта витрати окисника 0,2-0,5. Показано, що саме коефіцієнт витрати окисника визначає перехід між відновними та окислювальними формами зв’язування сірки й азоту. Обґрунтовано використання показника lg[(H2S+COS+SH)/(SO2+SO)] як критерію розподілу між відновними та окислювальними формами сірки.
Виконано ексергетичний аналіз комбінованих схем термохімічної переробки вугілля. Для схеми «повітряна газифікація – згоряння генераторного газу» встановлено наявність оптимуму загального ексергетичного ККД. Попереднє охолодження генераторного газу до 393 К зміщує оптимум у область 1373-1573 К і підвищує ККД до 65% порівняно з 63% без охолодження.
Одержані результати створюють наукову основу для побудови режимних карт газифікації, вибору енергетично та екологічно доцільних режимів, обґрунтування вимог до очищення генераторного газу та вибору схем його подальшого використання.
Ключові слова: вугілля, газифікація, окисник, генераторний газ, коефіцієнт витрати окисника, термохімічна конверсія, енергетичний оптимум, енергоефективність, термодинамічне моделювання, мінерально-хімічні компоненти, сірко- та азотовмісні сполуки, екологічна ефективність, енергетичні технології, ексергетичний аналіз
Registration Date
2026-07-09
popup.nrat_date
2026-07-09 / 2026-08-05
