Investigation of coal entrained-flow gasification in O 2 -CO 2 mixtures for oxy-fuel IGCC

Purpose of the study is to obtain fundamental knowledge about Kuznetsk bituminous coal entrained-flow gasification in O 2 -CO 2 mixtures for oxy-fuel IGCC. To achieve this purpose, it is necessary to carry out experimental and numerical studies. To obtain universal knowledge, "CKTI" single-stage gasifier with fuel consumption of 5-15 kg/h was chosen as an experimental installation. In order to identify the most interesting and informative experimental regimes, a number of computational studies have been carried out, whose results are given in the paper. A numerical (CFD) model has been developed, which includes all the submodels necessary for the study. Two series of numerical calculations were carried out. In the first series, the composition of the blast (O 2 = 0-100%, CO 2 = 0-100%) and the oxygen ratio were varied at constant consumption of coal and blast. In the second series, the composition of the blast (O 2 = 0-100%, CO 2 = 0-100%) and the coal consumption were varied at constant oxygen ratio and blast flow rate. The study allowed predicting and analyzing the temperature distribution and the syngas components content along the gasifier height with different CO 2 concentrations in the blast. © 2018 Institute of Physics Publishing. All rights reserved.Russian Foundation for Basic Research (RFBR

Numerical study of the carbon dioxide dissociation influence in oxygen entrained-flow gasifier

One of the energy technologies and resource saving in coal-based energy considered in this work. Namely, entrained-flow gasifier, as a key element of combined-cycle plants with gasification. Numerical modeling of the national plant «NPO CKTI» carried out using computational fluid dynamics (CFD) method. The research of the entrained-flow gasification of solid fuel process was carried out without regard to and with due regard to high-temperature dissociate carbon dioxide process. The researches results of carbon dioxide dissociation process influence in oxygen entrained flow gasifier were described.В работе рассмотрена одна из технологий энерго- и ресурсосбережения в угольной энергетике, а именно поточная газификация твёрдого топлива в газификаторе - ключевом элементе парогазовой установки с внутрицикловой газификацией. Произведено численное моделирование отечественной установки ООО «НПО ЦКТИ» с использованием метода вычислительной гидродинамики CFD. Выполнено исследования процесса поточной газификации твердого топлива без учета и с учетом процесса высокотемпературной диссоциации углекислого газа. Описаны результаты исследования влияния процесса диссоциации углекислого газа в поточном кислородном газификаторе

The numerical research and aerodynamic characteristics comparison of the pilot flow gasifiers

В работе рассмотрена одна из технологий энерго- и ресурсосбережения в угольной энергетике, а именно поточная газификация твёрдого топлива в газификаторе - ключевом элементе парогазовой установки с внутрицикловой газификацией. В докладе сравниваются аэродинамические особенности работы двух пилотных одноступенчатых кислородных газификаторов под давлением с сухой топливоподачей пылевидного твёрдого топлива. Одна из этих установок разработана концерном Siemens, а вторая НПО ЦКТИ. Численное моделирование работы агрегатов проведено с использованием метода вычислительной гидродинамики CFD. Для сокращения времени расчёта геометрия исследуемых газификаторов была упрощена до сегментов в 5 и 45 градусов, соответственно. Произведено исследование расчетной сетки для газификатора Siemens. Сравнение расчётных результатов показало влияние относительных длин камер газификации на расположения аэродинамических структур.One of the energy technologies and resource saving in coal-based energy considered in this work. Namely, flow gasifier, as a key element of combined-cycle plants with nutriciology gasification. In the report the aerodynamic features of the two pilot single-stage pressurized oxygen-blown dry-feed pulverized solid fuels gasifier are compared. One of these units developed by concern Siemens, and the second - NPO CKTI. Numerical modeling of the units carried out using computational fluid dynamics (CFD) method. Simplified segments gasifiers geometries of 5 and 45 degrees, respectively, are studied to reduce the calculation time. The study was conducted of the computational grid for the Siemens gasifier. Comparison of the calculated results showed the influence of the gasification chamber relative lengths on the aerodynamic structures location.Исследование выполнено в Уральском федеральном университете за счет гранта Российского научного фонда (проект №14-19-00524)

A method of studying thermochemical conversion of single biomass particles in an intense air flow

There are many methods for obtaining kinetic data of thermochemical conversion of fuel particles. These methods to some extent reproduce the conditions of industrial processes. At the same time, there is a lack of methods reproducing the conditions of wood particles gasification in downdraft gasifier. In this process, raw fuel enters the hot reactor region with intense air jets blowing through the tuyeres. It is difficult to directly measure the weight of particles under these conditions due to the effect of gas flow. The authors proposed a research method in accordance with which the sample is introduced into a heated furnace and placed in the tuyere flow. The sample is combusted for a certain time then removed from the furnace and quickly quenched. The method allows reproducing the dynamics of changes in temperature, mass, volume, shape and structure of the inner layers of particles. It provides visual observations of the process, high heating rate of wood samples (750-5500 °C min-1) and large amount of data sufficient for statistical processing. © 2019 IOP Publishing Ltd.Russian Foundation for Basic Research, RFBR: 18-38-00774The reported study was funded by RFBR according to the research project № 18-38-00774

Numerical study of entrained-flow pilot gasifier at elevated pressure gasification

In the work the numerical study of the process of gasification of solid fuel in the gasifier, JSC "NPO CKTI". The results of the study the experimental treatment conclusions about the incompleteness of the process to install. Alternatively, the process intensification method was chosen increase in pressure gasification. A numerical study, analyzed the results, and also obtained accurate data on the possibility of changing the dimensions of the plant.В работе выполнено численное исследование процесса газификации твердого топлива в газификаторе ОАО «НПО ЦКТИ». По результатам исследования экспериментального режима сделаны выводы о неполноте протекания процесса в установке. В качестве варианта интенсификации процесса был выбран метод повышения давления газификации. Проведено численное исследование, проанализированы результаты, а также получены точные данные о возможности изменения габаритов установки

NUMERICAL STUDY OF ENTRAINED-FLOW COAL GASIFICATION IN O2-CO2 ENVIRONMENT

This work describes the numerical study of solid fuel gasification process in the gasifier "NPO CKTI" with the O2-CO2 environment and analyzes the results of this one. The obtained regularities indicate a significant effect of CO2 concentration on the gasification process. Further studies will be aimed at identifying these assumptions experimentally

NUMERICAL COMPARATIVE STUDY OF THE PILOT ENTRAINEDFLOW GASIFIERS AERODYNAMIC CHARACTERISTICS

One of the energy technologies and resource saving in coal-based energy considered in this work. In the work the aerodynamic features of the two pilot single-stage pressurized oxygen-blown dry-feed pulverized solid fuels gasifier are compared. One of these units developed by concern Siemens, and the second - NPO CKTI. Numerical modeling of the units carried out using computational fluid dynamics (CFD) method. Comparison of the calculated results showed the influence of the gasification chamber relative lengths on the aerodynamic structures location.В работе рассмотрена одна из технологий энерго- и ресурсосбережения в угольной энергетике, а именно поточная газификация твердого топлива. В работе сравниваются аэродинамические особенности работы двух пилотных одноступенчатых кислородных газификаторов под давлением с сухой топливоподачей пылевидного твердого топлива. Одна из этих установок разработана концерном Siemens, а вторая НПО ЦКТИ. Численное моделирование работы агрегатов проведено с использованием метода вычислительной гидродинамики CFD. Сравнение расчетных результатов показало влияние относительных длин камер газификации на расположения аэродинамических структур.Исследование выполнено в Уральском федеральном университете за счет гранта Российского научного фонда (проект №14-19-00524

EXPERIMENTAL AND CALCULATION INVESTIGATION OF ENTRAINED-FLOW GASIFICATION IN SINGLE-STAGE GASIFIER WITH QUENCHING

Purpose of paper is to determine extent and mechanisms of water vapor supply effect on synthesis gas temperature and composition. To reveal gasification regularities several experiment series were carried out using gasifier with water quenching section. Thermodynamic equilibrium calculations were performed to determine amount of reacted vapor and fuel carbon. CFD-model was verified using experimental data. CFD-modeling is carried out for analysis of processes features in the quenching section.Исследование выполнено в Уральском федеральном университете за счет гранта Российского научного фонда (проект №14-19-00524)

NUMERICAL MODELLING FOR STUDY OF THE FLOW AROUND SINGLE FUEL PARTICLES IN EXPERIMENTAL SETUP

In this paper, the numerical simulation of the experimental setup has done for the study of a single particle using the method of computational fluid dynamics CFD. A hydrodynamic calculation of the flow around a single fuel particle by cold air is performed. The results of the study at different blast rates are analyzed. Verification of the numerical model by experimental data is performed. The most optimal modes for experiments are chosen.В работе произведено численное моделирование экспериментальной установки для исследования одиночной частицы с использованием метода вычислительной гидродинамики CFD. Выполнен гидродинамический расчет обтекания одиночной топливной частицы холодным воздухом. Проанализированы результаты исследования при различной скорости дутья. Выполнена верификация численной модели по экспериментальным данным. Выбраны наиболее оптимальные режимы для экспериментов.Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ, проект № 18-38-00774