По имеющимся оценкам, геологические запасы нефти и газа составляют лишь около 10% общих ресурсов органического топлива в мире, а на долю угля, сланцев и торфа приходится примерно 90%. По запасам твердого топлива Россия занимает ведущее место в мире. В частности, запасы горючих сланцев только в Волжском бассейне составляют около 30 млрд. т. Горючие сланцы относятся к низкосортным твердым топливам. Сжигание их в топках теплотехнологических агрегатов весьма затруднительно и вызывает недопустимо большие выбросы в окружающую среду загрязняющих веществ.
Эффективное использование низкосортного твердого топлива возможно на основе технологий, предусматривающих комплексную его переработку. Теоретические основы комплексного энерготехнологического топливоиспользования были заложены в трудах наших соотечественников А.Б. Чернышева, З.Ф. Чуханова, В.А. Голубцова, Л.И.Хитрина и многих других. Большой вклад в разработку проблемы внесен школой, созданной профессором В.Г. Каширским в Саратовском государственном техническом университете.
В настоящее время комплексное использование твердого топлива рассматривается по меньшей мере в трех аспектах: во-первых, использование не только теплового потенциала для получения энергии, но и содержащихся в топливе ресурсов для производства химических продуктов, строительных материалов и т.д.; во-вторых, максимально возможное и целесообразное на данном этапе развития техники использование теплоты сгорания топлива или продуктов его переработки; в-третьих, предельное снижение всякого рода выбросов (в том числе и тепловых), загрязняющих окружающую среду. Технологии комплексного использования дают возможность крупномасштабного вовлечения низкосортного твердого топлива в промышленность страны.
В основе комплексного энерготехнологического использования твердого топлива лежат высокотемпературные термохимические процессы пиролиза и газификации. Применяемые для осуществления этих процессов реакторные устройства с плотным и кипящим слоями частиц топлива несовершенны и не обеспечивают требования современной технологии пирогазификации. Перспективными являются проточные трубчатые реакторы для переработки топлива в пылевидном состоянии. Для их широкого использования необходимо располагать методами расчета теплогидравлических характеристик, которые бы учитывали наличие химических реакций в потоке топливной газовзвеси, переменность свойств потока и другие специфические особенности термодеструктивных превращений исходного топливного вещества в проточном реакторе. Данное обстоятельство определило выбор предмета исследования диссертационной работы, а именно процессов в трубчатых реакторах, которые обладают целым рядом достоинств и могут рассматриваться как одно из возможных решений для новой энергетической техники.
Целью работы является разработка установки и методик расчета основных ее элементов- проточных трубчатых реакторов типа «газовзвесь» для термической обработки горючих сланцев в пылевидном состоянии.
Основными задачами исследования являются:
- разработка установки с трубчатыми реакторами для термической обработки горючих сланцев;
- разработка методики расчета характеристик течения потока топливной газовзвеси на адиабатическом разгонном и основном участках трубчатого реактора;
- уточнение эмпирических связей и математической модели для описания теплообмена стенки реактора с потоком химически реагирующей газовзвеси;
- получение корреляционных связей для технологических и энергетических показателей термоокислительного пиролиза сернистых сланцев;
- разработка алгоритма и программы комплексного расчета трубчатых реакторов для переработки сланцев;
- разработка методики расчета закалочных трубчатых устройств;
- оптимизация конструктивных и режимных характеристик реакторов- пирогазификаторов и закалочных устройств.
