ЕКСЕРГЕТИЧНИЙ АНАЛІЗ ПРОЦЕСІВ ТЕРМІЧНОЇ ПЕРЕРОБКИ ВУГІЛЛЯ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2078-5364.2024.4.07Ключові слова:
вугілля, повітряна газифікація, киснева газифікація, ексергетичний баланс, хімічна ексергія, фізична ексергія, ККД ексергетичної досконалостіАнотація
Для розробки енергозберігаючих технологій і установок, що використовують вугілля, необхідна оцінка енергетичного потенціалу одержуваних продуктів. Крім того, необхідно визначити їх придатність для конкретних технологій, процесів і установок. Запропоновано крім енергетичного методу використовувати ексергетичний метод, що дозволяє оцінити не тільки кількісну, але і якісну сторону процесів термічної переробки. Для енергетики та промисловості становлять інтерес такі термічні методи переробки, як спалювання та газифікація.
В роботі виконано розрахунки ексергетичної досконалості продуктів термічної переробки вугілля, за результатами яких складені матеріальні та ексергетичні баланси процесу газифікації при повітряному й кисневому дутті та процесу спалювання, проведено аналіз впливу температури процесів на характеристики продуктів термічної переробки вугілля (склад, вихід, ексергія), а також розраховані ККД ексергетичної досконалості (загальної, по одержанню хімічної та фізичної ексергії) цих методів термічної переробки.
На основі аналізу визначені раціональні режими ведення процесів термічної переробки залежно від кінцевих цілей одержаних продуктів. Визначено перевагу високотемпературної кисневої та повітряної газифікації, яка характеризується низькими втратами ексергії (24,9–28,9 %) та високим хімічним потенціалом (12–13,46 МДж/кг вугілля). ККД ексергетичної досконалості процесу кисневої газифікації складає 68,3–71,2 %, а для повітряної – 70,2–76,3 %. Також визначено, що з метою досягнення найвищої ефективності використання палива доцільно утилізувати теплоту одержуваного генераторного газу. Утилізація 1 МДж/кг вугілля фізичної ексергії газу призводить до збільшення загального ККД повітряної газифікації на 3,5 %, а загального ККД кисневої газифікації приблизно на 0,7 %.
Проведено порівняння ексергетичної досконалості процесів, на основі чого виявлено, що газифікація вугілля є більш раціональним методом його термічної переробки в порівнянні з традиційним спалюванням, оскільки найбільші втрати спостерігаються в процесі згоряння вугілля, ексергетичний ККД якого становить 64,8 %. При згоранні вугілля необоротні втрати процесу становлять 35 % його вихідної ексергії.
Посилання
Chepeliev M., Diachuk O., Podolets R., Semeniuk A. Can Ukraine go ‘‘green’’ on the post-war recovery path? // Joule. – 2023. – Vol 7. – P. 606–611. https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.02.007.
Ukrayina ta Yevropeysʹkyy zelenyy kurs. Richnyy monitorynmonitorynhovyy zvit. – 2023. – 46 р. https://dixigroup.org/analytic/ukrayina-ta-yevropejskyj-zelenyj-kurs-richnyj- monitoryngovyj-zvit-2023.
Chyou YP., Chiu HM., Chen PC., Chien HY., Wang T. Coal-derived synthetic natural gas as an alternative energy carrier for application to produce power - comparison of integrated vs. non-integrated processes // Energy. – 2023. – Vol. 282. – P. 128958. https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.128958.
Mishra A., Gautam S., Sharma T. Effect of operating parameters on coal gasification // International Journal of Coal Science and Technology. – 2018. – Vol. 5 (2). –P. 113
https://doi.org/10.1007/s40789-018-0196-3.
Kudelya P.P., Dubovsʹkyy S.V. Enerhetychnyy i ekserhetychnyy pidkhody do problemy ratsionalʹnoho vykorystannya enerhiyi // Enerhetyka: ekonomika, tekhnolohiyi, ekolohiya: naukovyy zhurnal. – 2020. – №2 (60). – Р. 7–16. https://ela.kpi.ua/handle/123456789/54308.
Volianska L.G., Pikul M. Energy and exergy efficiency analysis of combined heat and power plant // Наукоємні технології. – 2019. – №4 (44). – С. 468–475. https://doi.org/10.18372/2310-5461.44.14323.
Fialko N.M., Stepanova A.I., Navrodsʹka R.O., Shevchuk S.I. Ekserhetychna efektyvnistʹ utylizatora teploty vidkhidnykh haziv teplovoho dvyhuna koheneratsiynoyi ustanovky // Teplofizyka ta teploenerhetyka. – 2020. – T. 42. – №3. – Р. 56–60. https://doi.org/10.31472/ttpe.3.2020.6.
Terzi R. Application of Exergy Analysis to Energy Systems / Application of Exergy, Chapter 6. –IntechOpen, 2018. – Р. 109–123. http://dx.doi.org/10.5772/intechopen.74433.
Michaelides E. Exergy Analysis for Energy Conversion Systems. – Cambridge University Press, 2021. – 314 p. ISBN: 9781108480581.
Dincer I., Rosen M. Exergy: Energy, Environment and Sustainable Development, Third Edition. - Elsevier Science, 2020. – рр. 23–35, 37–60, 167–210, 479–514. https://doi.org/10.1016/C2016-0-02067-3.
Kotas T.J. The Exergy Method of Thermal Plant Analysis. – Paragon Publishing, 2012. – pр. 29–56, 99–161. ISBN 978-1908341891, eISBN 9781483100364.
Seyitoglu SS, Dincer I, Kilicarslan A. Energy and exergy analyses of hydrogen production by coal gasification // International Journal of Hydrogen Energy. – 2017. – Vol. 42, Issue 4. – p. 2592–2600. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.08.228.
