Виявлення впливу конструкційно-технологічних параметрів газо-дуттьового вузла на розподіл потоків повітря в газогенераторі
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.263436Ключові слова:
газо-дуттьовий вузол, газогенератор, камера газифікації, реакційна зона, окислення, відновлення, синтез-газАнотація
Об’єктом дослідження є конструкційно-технологічні параметри газо-дуттьового вузла камери газифікації газогенератора. Вирішено проблему забезпечення рівномірного розподілу повітряних мас в газогенераторі із застосуванням програми ANSYS Fluent. Дослідження засноване на імітаційному моделюванні руху потоків повітря в характеристичних перерізах газогенератора, зокрема в поперечному перерізі камери газифікації на межі зон окислення і відновлення. Проаналізовано сім конструкцій газо-дуттьового вузла, ефективність яких визначалася коефіцієнтом варіації. Найбільш ефективною виявилася конструкція, значення коефіцієнту варіації якої найменше і рівне 93 %. При цьому загальна площа зон з відсутністю руху повітряних мас, тобто відсутністю процесу газифікації, не перевищує 12 % від загальної площі перерізу газогенератора. Швидкість повітряних мас на межі зон окислення і відновлення вирівняна в усьому поперечному перерізі камери і складає V»4,5 м/с. Усереднене значення вертикальної складової швидкості повітряних мас у перерізі на вході в зону відновлення камери газифікації становить V»0,6 м/с. За таких умов забезпечується виробництво синтез-газу високої теплотворної здатності з відсутністю смол, кислот, важких вуглеводнів і механічних домішок. Відповідність результатів імітаційного моделювання експериментальним даним підтверджена коефіцієнтом детермінації, який склав 0,87.
Отримані результати можуть бути покладені в основу осучасненої методології дослідження аеродинамічних, тепло і масообмінних процесів, які протікають під час газифікації біомаси. Це дозволить визначати раціональні конструкційно-технологічні параметри газогенераторів та підвищити ефективність процесу газифікації в цілому
Посилання
- Basu, P. (2018). Biomass gasification, pyrolysis and torrefaction: Practical design and theory. Academic Press. doi: https://doi.org/10.1016/c2016-0-04056-1
- Slade, R., Saunders, R., Gross, R., Bauen A. (2011). Energy from biomass: the size of the global resource. An assessment of the evidence that biomass can make a major contribution to future global energy supply. UK Energy Research Centre, 120. Available at: https://spiral.imperial.ac.uk/bitstream/10044/1/12650/4/GlobalBiomassReport_LOLO.pdf
- Jenkins, R. G. (2020). Thermal gasification of biomass – a primer. Bioenergy, 293–324. doi: https://doi.org/10.1016/b978-0-12-815497-7.00015-4
- Lewandowski, W. M., Ryms, M., Kosakowski, W. (2020). Thermal Biomass Conversion: A Review. Processes, 8 (5), 516. doi: https://doi.org/10.3390/pr8050516
- Wurzenberger, J. C., Wallner, S., Raupenstrauch, H., Khinast, J. G. (2002). Thermal conversion of biomass: Comprehensive reactor and particle modeling. AIChE Journal, 48 (10), 2398–2411. doi: https://doi.org/10.1002/aic.690481029
- García, R., Pizarro, C., Lavín, A. G., Bueno, J. L. (2017). Biomass sources for thermal conversion. Techno-economical overview. Fuel, 195, 182–189. doi: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.01.063
- Chhiti, Y., Kemiha, M. (2013). Thermal Conversion of Biomass, Pyrolysis and Gasification: A Review. The International Journal of Engineering And Science, 2 (3), 75–85. Available at: https://www.theijes.com/papers/v2-i3/M023075085.pdf
- Tregub, M., Holubenko, A., Tsyvenkova, N. (2021). Experimental Studies of Structural and Technological Parameters of a Downdraft Gasifier Based on Plant Biomass. Scientific Horizons, 24 (6), 9–23. doi: https://doi.org/10.48077/scihor.24(6).2021.9-23
- Tsyvenkova, N., Kukharets, S., Kukharets, V., Savchenko, N. (2020). Experimental study of influence of tuyere belt design on thermal conditions of gasification chamber operation. 19th International Scientific Conference Engineering for Rural Development Proceedings. doi: https://doi.org/10.22616/erdev.2020.19.tf302
- Pavlenko, M., Chuba, V., Tsyvenkova, N., Tereshchuk, M. (2020). Experimental study on biomass air-steam gasification effectiveness in downdraft gasifier. 19th International Scientific Conference Engineering for Rural Development Proceedings. doi: https://doi.org/10.22616/erdev.2020.19.tf495
- Barbashin, M. Y. (2017). Imitation Modeling and Institutional Studies. Journal of Institutional Studies, 9 (3), 81–96. doi: https://doi.org/10.17835/2076-6297.2017.9.3.081-096
- Grønli, M. G., Melaaen, M. C. (2000). Mathematical Model for Wood PyrolysisComparison of Experimental Measurements with Model Predictions. Energy & Fuels, 14 (4), 791–800. doi: https://doi.org/10.1021/ef990176q
- Reed, T. B., Das, A. (1988). Handbook of biomass downdraft gasifier engine systems. United States. doi: https://doi.org/10.2172/5206099
- Mezin, I. S. (1948). Transportnye gazogeneratory. Moscow: Sel'khozgiz.
- González, J. F., Román, S., Bragado, D., Calderón, M. (2008). Investigation on the reactions influencing biomass air and air/steam gasification for hydrogen production. Fuel Processing Technology, 89 (8), 764–772. doi: https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2008.01.011
- Patra, T. K., Nimisha, K. R., Sheth, P. N. (2016). A comprehensive dynamic model for downdraft gasifier using heat and mass transport coupled with reaction kinetics. Energy, 116, 1230–1242. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2016.10.036
- Janoszek, T., Stańczyk, K., Smoliński, A. (2017). Modelling Test of Autothermal Gasification Process Using CFD. Archives of Mining Sciences, 62 (2), 253–268. doi: https://doi.org/10.1515/amsc-2017-0019
- Irum, Q., Khan, S. A., Uppal, A. A., Krivodonova, L. (2020). Galerkin Finite Element Based Modeling of One Dimensional Packed Bed Reactor for Underground Coal Gasification (UCG) Process. IEEE Access, 8, 223130–223139. doi: https://doi.org/10.1109/access.2020.3044194
- Masmoudi, M. A., Sahraoui, M., Halouani, K. (2017). Modeling and simulation of heat and mass transfer during biomass gasification in a packed bed downdraft reactor. International Journal of Energy, Environment and Economics, 12 (3), 207–223.
- Hesameddin, F. (2014). Numerical Simulation of Combustion and Gasification of Biomass Particles. Lund University.
- Mazaheri, N., Akbarzadeh, A. H., Madadian, E., Lefsrud, M. (2019). Systematic review of research guidelines for numerical simulation of biomass gasification for bioenergy production. Energy Conversion and Management, 183, 671–688. doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2018.12.097
- Puig-Gamero, M., Pio, D. T., Tarelho, L. A. C., Sánchez, P., Sanchez-Silva, L. (2021). Simulation of biomass gasification in bubbling fluidized bed reactor using aspen plus®. Energy Conversion and Management, 235, 113981. doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2021.113981
- Duan, W., Yu, Q., Wang, K., Qin, Q., Hou, L., Yao, X., Wu, T. (2015). ASPEN Plus simulation of coal integrated gasification combined blast furnace slag waste heat recovery system. Energy Conversion and Management, 100, 30–36. doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2015.04.066
- Lestinsky, P., Palit, A. (2016). Wood Pyrolysis Using Aspen Plus Simulation and Industrially Applicable Model. GeoScience Engineering, 62 (1), 11–16. doi: https://doi.org/10.1515/gse-2016-0003
- Sreejith, C. C., Muraleedharan, C., Arun, P. (2013). Performance prediction of steam gasification of wood using an ASPEN PLUS thermodynamic equilibrium model. International Journal of Sustainable Energy, 33 (2), 416–434. doi: https://doi.org/10.1080/14786451.2012.755977
- Acharya, B., Dutta, A., Basu, P. (2010). An investigation into steam gasification of biomass for hydrogen enriched gas production in presence of CaO. International Journal of Hydrogen Energy, 35 (4), 1582–1589. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2009.11.109
- Rupesh, S., Muraleedharan, C., Arun, P. (2016). ASPEN plus modelling of air–steam gasification of biomass with sorbent enabled CO2 capture. Resource-Efficient Technologies, 2 (2), 94–103. doi: https://doi.org/10.1016/j.reffit.2016.07.002
- Ibrahimoglu, B., Cucen, A., Yilmazoglu, M. Z. (2017). Numerical modeling of a downdraft plasma gasification reactor. International Journal of Hydrogen Energy, 42 (4), 2583–2591. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.06.224
- Klimanek, A., Bigda, J. (2018). CFD modelling of CO2 enhanced gasification of coal in a pressurized circulating fluidized bed reactor. Energy, 160, 710–719. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.07.046
- Ismail, T. M., Shi, M., Xu, J., Chen, X., Wang, F., El-Salam, M. A. (2020). Assessment of coal gasification in a pressurized fixed bed gasifier using an ASPEN plus and Euler–Euler model. International Journal of Coal Science & Technology, 7 (3), 516–535. doi: https://doi.org/10.1007/s40789-020-00361-w
- Muilenburg, M., Shi, Y., Ratner, A. (2011). Computational Modeling of the Combustion and Gasification Zones in a Downdraft Gasifier. Volume 4: Energy Systems Analysis, Thermodynamics and Sustainability; Combustion Science and Engineering; Nanoengineering for Energy, Parts A and B. doi: https://doi.org/10.1115/imece2011-64009
- Yepes Maya, D. M., Silva Lora, E. E., Andrade, R. V., Ratner, A., Martínez Angel, J. D. (2021). Biomass gasification using mixtures of air, saturated steam, and oxygen in a two-stage downdraft gasifier. Assessment using a CFD modeling approach. Renewable Energy, 177, 1014–1030. doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2021.06.051
- Vasylkovskyi, O., Leshchenko, S., Vasylkovska, K., Petrenko, D. (2016). Pidruchnyk doslidnyka. Kirovohrad, 204.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2022 Gennadii Golub, Nataliya Tsyvenkova, Victor Golub, Viacheslav Chuba, Ivan Omarov, Anna Holubenko
![Creative Commons License](http://i.creativecommons.org/l/by/4.0/88x31.png)
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.