Газификация конденсированных топлив. Вчера. Сегодня. Завтра...

УДК 62-62
ББК 31.354
     К55
















       Копытов, В. В.
К55       Газификация конденсированных топлив. Вчера. Сегодня.
       Завтра... : учебное пособие / В. В. Копытов. - 2-е изд. -Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. - 624 с.
           ISBN 978-5-9729-0678-9

       Показан исторический путь газового топлива: от зарождения к расцвету, временному забвению и современному уровню развития. Рассмотрены основные сферы применения конденсированного топлива и перспективы совершенствования технологий и оборудования газификации. Предложены глоссарий и обширный перечень источников информации о газификации конденсированных топлив.
       Для инженерно-технических специалистов, занимающихся проектированием, изготовлением и эксплуатацией технологических и теплоэнергетических комплексов на базе оборудования газификации конденсируемых топлив. Издание может быть полезно студентам и преподавателям учебных заведений технического профиля.

УДК 62-62
ББК 31.354



ISBN 978-5-9729-0678-9

© Копытов В. В., 2021
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2021
                          © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021

Вступление

«... Лучший способ ознакомиться с каким-либо предметом - написать книгу о нём...»
Бенджамин Дизраэли

   «... Он так долго об этом размышлял, что уже начал это проповедовать...»
Марсель Пруст

«... И в технике есть свои графоманы...» Михаил Светлов

     Приняв в ноябре 2008 года предложение перейти на должность главного конструктора оборудования газификации твёрдых топлив ФГУП «ММПП «Салют» (ныне ФГУП «НПЦ газотурбостроения «Салют»), я оказался в довольно непростой ситуации. Дело в том, что, будучи уже весьма опытным инженером и имея учёную степень кандидата технических наук («Учёным можешь ты не быть, но кандидатом - быть обязан!»), я до этого специализировался в несколько иных областях науки и техники. Из 20-ти лет профессиональной деятельности примерно две трети было отдано транспортному машиностроению (а именно, бронированным гусеничным и колёсным машинам), а оставшаяся треть - энергетическому машиностроению (газотурбинным установкам). Специфика же химического машиностроения, к которому относилось, если не всё оборудование газификации, то, как минимум, его главная составная часть -газогенератор, была для меня тогда практически незнакомой.
     В связи с этим, мне пришлось в срочном порядке искать информацию по данной тематике, изучать её и «раскладывать по полочкам» своего головного мозга. В процессе этого я заметил, что современные печатные публикации на данную тему, как и соответствующие информационные материалы, размещённые на различных Интернет - ресурсах, носят отрывочный, иногда противоречивый характер. Последние же из обнаруженных мной примеров системного освещения вопросов и проблем газификации относились к середине прошлого века и, естественно, были не вполне актуальными.
     Кроме того, из-за личных особенностей восприятия и усвоения новых знаний, особенно получаемых в ходе вербальных контактов, мне требовалось эти знания не просто переосмыслить, но и представить их в письменном виде. В результате, примерно через год - полтора, в моём распоряжении был довольно большой объём текстовой и графической информации. Она включала в себя как заимствования из различных источников, так и результаты собственных осмыслений.
     Вскоре мне стало ясно - с этим объёмом надо что-то делать (да и первые, ещё пока неясные приступы графомании уже начинали давать о себе знать ...). И когда мне предложили написать статью на тему газификации твёрдых топлив и включить её в сборнике научных трудов Международной научно-практической конференции «Фундаментальные проблемы и современные технологии в машиностроении» (она проходила в июне 2010 года на территории «Салюта»), - я с радостью согласился. И написал две ...
     «Плотина была прорвана», и в течение последующих полутора лет я опубликовал ещё 12 статей «на заданную тему» в периодических печатных изданиях, а также разместил материалы на сайтах alternativenergy.ru (в статье «Газогенератор» Википедии есть ссылка на материал, размещённый на этом сайте), twirpx.com, techlibrary.ru и dom-en.ru.
     Среди печатных изданий хочется отметить Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (в связи с высоким статусом

2

данного печатного органа) и журнал «Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ» (в связи с выплатой авторских вознаграждений).
     Одновременно с написанием статей, я стал формировать перечни тематических научных работ, печатных публикаций и сайтов, на которых можно найти информацию, касающуюся газификации. Наконец, мне пришлось приступить и к созданию глоссария - настолько вольно и в разнобой использовали термины и понятия, существующие в сфере газификации конденсированных топлив, как представители потенциальных заказчиков, так и коллеги - работники «Салюта» и организаций - партнёров.
     Так, на «Салюте» к комплексу газификации твёрдых топлив, находящемуся в опытной эксплуатации на территории предприятия, ещё с начала 2000-х приклеилось «гордое имя» - «мусоросжигательный завод» (надо с сожалением признать, что так его, причём в массовом порядке, именуют и до сих пор). А ведь это категорически неправильно во всех отношениях! И применительно к статусу оборудования (до завода этому комплексу ещё далеко), и к виду используемого сырья (с мусором надо серьёзно поработать, прежде чем его газифицировать, как, впрочем, и сжечь), и, тем более, к сути самого технологического процесса (газификация - как раз таки альтернатива прямому сжиганию, и особенно в части отходов!).
     Ещё один пример широкого (как минимум, национального) но некорректного, на мой взгляд, применения термина. Речь идёт о термине «синтез-газ» («сингаз»). Этот термин появился, скорее всего, в 20 -е... 30-е годы прошлого века для обозначения разновидности генераторного газа, предназначенного для дальнейшего синтеза различных химических веществ (в частности, жидких синтетических моторных топлив по методу Фишера — Тропша (см. Гл. 28)). Надо сказать, что даже в этом случае название «синтез-газ» вряд ли может быть признано удачным. Ведь при формировании этого газа (как и любого другого генераторного газа) происходят, в основном, противоположные синтезу процессы деструкции исходных конденсированных материалов. В какой-то период (в I960 ... 1990-е годы) эта «химическая» направленность в использовании генераторного газа стала приоритетной. И вот когда, на стыке ХХ-го и XXI-го веков снова вернулось «энергетическое» применение искусственного горючего генераторного газа его почему-то тоже стали называть «синтез-газом». Не думаю, что это правильно. Если кому-то не нравится словосочетание «генераторный газ» (не плохо бы, кстати, услышать, а собственно почему?), можно вместо него использовать понятия «энергетический газ», «топливный газ», «силовой газ». Но не называть газ, направляемый для сжигания в топку котла или камеру сгорания двигателя «синтез-газом», поскольку последний предназначен совсем для других целей.
     Во многом аналогичную (в плане использования терминологии) ситуацию застал я и в ООО «БиоРЕКС», когда с апреля 2011 г. стал трудиться и в этой компании.
     Создание такого перечня терминов и понятий, формулирование их определений - серьёзная работа, результаты которой могут быть полезны специалистам в области газификации и альтернативной энергетики в целом -пусть даже в плане инициации дискуссии на эту тему. Но как сделать? Цикл статей «от А до Ё», «от Ж до М» и т.д.? Вряд ли их где-нибудь напечатают. Да и формат журнальных статей по-прежнему не позволял мне осветить всю проблематику газификации конденсированных топлив с нужным размахом.
     И мне захотелось большего - написать книгу, поместив в качестве приложений упомянутые выше перечни. Что я и сделал - она перед Вами. Прошу

3

доброжелательно & снисходительно отнестись к ней - ведь это мой первый опыт на ниве «полноформатной» графомании.
     Не могу здесь не высказать искреннюю благодарность и признательность людям, без которых по разным причинам эта книга могла бы не состояться (по крайней мере, в том виде, какой она приняла сейчас), а именно:
     -       прежде всего своей жене Тамаре - за её ангельское терпение, любовь и веру в меня, а также её маме Анне Петровне, учителю русского языка и литературы с более чем 40-м стажем - за титанические усилия по «ликвидации безграмотности» у автора;
     -       члену-корреспонденту Российской инженерной академии, доктору технических наук, генеральному директору ФГУП «ММПП «Салют» (с декабря 1997 г. по ноябрь 2010 г.; ныне - исполнительному директору ОАО «Кузнецов», г. Самара) Ю.С. Елисееву - за доверие и постоянное внимание к теме газификации конденсированных топлив;
     -       члену-корреспонденту РАН, доктору химических наук, советнику директора ИПХФ РАН в Черноголовке Г.Б. Манелису, руководителю проекта Е.И. Кондре, кандидату физико-математических наук В.П. Фурсову и М.Б. Крылову - за знакомство с научными основами и технологиями газификации конденсируемых топлив;
     -      историку и журналисту, заместителю главного редактора журнала «Газ-Информ» Д.В. Митюрину (и другим авторам книги «Петербург - колыбель российского газа» - см. Приложение Б, стр. 455) - за предоставление большого объёма материалов по истории мировой и российской газовой отрасли (см. Гл. 2 ... Гл. 8), а также за моральную поддержку моих скромных усилий по написанию данной книги;
     -       академику МАНЭБ, доктору технических наук, профессору, председателю совета директоров группы компаний «НИККОМ» В. Г. Лурию - за передачу результатов своих исследований в области энергетического использования твёрдых горючих отходов (см. Гл. 26);
     -       члену-корреспонденту РАН, доктору химических наук, советнику по науке ВИЭСХ Ю.М. Щекочихину - за предоставление интересных материалов по тематике книги, в т.ч. по газогенераторам с встроенными плазматронами (см. Гл. 30);
     -       доктору геологических наук, профессору Ереванского государственного университета Р.Г. Геворкяну - за информацию из области минералогии, петрологии, геохимии и использования каустобиолитов, в т.ч. армянских горючих сланцев (см. Гл. 34);
     -       доктору наук, профессору С.З. Ковачеву (г. София, Болгария) - за информирование о положении дел по тематике книги в странах юго-восточной Европы, а также за предоставление материалов форума «Энергоэффективность & Возобновляемые источники энергии & Управление отходами & Рециклинг & Энергия из отходов», прошедшему в Софии 13 ... 15 апреля 2011 года (см. Приложение Б, стр. 503);
     -       А. С. Лейтесу, С.А. Трдатьяну, Е.Н. Семионову, НА. Баговееву, С. В. Чудакову,  А. В. Зорикову (заслуженному конструктору РФ),
А.Н. Оконечникову,   А.П. Зарубину,     Ю.В. Суховичу,    В.Ю. Ленькину,
М.Н. Волкову, Н.М. Яблочкину, В.И. Артамонову, Т.Н. Покропаевой, В.Н. Сивурову,   Ю.С. Ратковскому, Д.Н. Елисееву,         А. И Дружинину,
В.П. Вырелкину, А.А. Синичкину, М.ГШайхиеву,. В. С. Ма, Е.Н. Матвееву, Ю.А. Карамнову,     С.И. Лопушняку,     А.М. Протасову,     А.И. Кускову,
М.А. Тетерюкову,     О.Н. Матвееву,     А.Г. Цветкову,    В.А. Додонову,

4

В.М. Сенченкову, И. С. Мирошниченко, И.П Сидько, В.Н. Драгомирову, И.Я. Тоцкому, А. С. Фоканову, А.Ю. Давитьянцу, В.В. Тарнани, А. Т. Саликову, Р.А. Лернеру, И.Д. Балацкому, А.П. Афанасьеву, А.М. Алисову, С.Н. Есипенко и многим-многим другим коллегам и соратникам по работе в ФГУП «НПЦ газотурбостроения «Салют» и ООО «БиоРЕКС» - за дружескую помощь, профессиональное сотрудничество, психологическую поддержку и конструктивное оппонирование;
     -       главным редакторам журналов А.Л. Гусеву («Альтернативная энергетика и экология»), А.Б. Преображенскому («Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ») и Г.Е. Приорову (Интернет-журнал «Лесопромышленник»), а также работникам редакции журнала «Твёрдые бытовые отходы» и администраторам сайтов alternativenergy.ru, twirpx.com, techlibrary.ru и dom-en.ru - за внимание к моим материалам и размещение их в своих изданиях и на сайтах;
     -       и, наконец, Авторам научных работ, печатных публикаций и информационных материалов Интернет-ресурсов, напрямую либо опосредованно использованных при написании данной книги (см. Приложения Б и В), - за интеллектуальные усилия, которые они прилагали, создавая свои труды в Х1Х-м, ХХ-м и ХХ1-м столетиях.

     —       список не закрыт и, как говорится, на этом месте может быть и Ваша фамилия!

     Достоинства данной книги во многом произошли от вольного либо невольного участия вышеперечисленных уважаемых дам и господ. Что же качается недостатков данного «творения», автор безраздельно относит их на свой счёт.
     В заключение вступительной части нужно отметить значимость рассматриваемой в данной книге тематики (как минимум, для нашей страны и, по крайней мере, в определённые исторические периоды). Эта значимость подтверждается, в частности, тем, что вопросами газификации конденсированных топлив и последующего применения искусственных горючих газов в разные годы лично занимались такие российские & советские государственные деятели, как:
     -      последний Царь и Великий Князь Всея Руси и первый Император Российский Пётр/(см. Гл. 4);
     -      Российские Императоры Александр / (см. Гл. 4), Николай / (см. Гл. 5), Александр // (см. Гл. 6), Александр /// (см. Гл. 6) и Николай // (см. Гл. 8);
     -      Председатель СНК РСФСР / СССР В.И. Ленин (см. Гл. 12 и Гл. 29);
     -      Генеральный секретарь ЦК ВКП (б) И.В. Сталин (см. Гл. 12 ... Гл. 14, Гл. 19, Гл. 21, Гл. 22 и Гл. 29);
     -      Первый секретарь ЦК КПСС Н.С. Хрущёв (см. Гл. 14 и Гл. 21).
     Правда, последний из перечисленных «деятелей», активно поддерживая газогенерацию в 1930-х и в 1940-х годах, а также и на протяжении большей части 1950-х годов, на стыке пятого и шестого десятилетий прошлого века превратился в её «могильщика» (впрочем, такую же достойную лишь сожаления роль сыграл он и в судьбе многих других направлений отечественной науки и техники).

5

Глава 1. Сущность и специфические особенности процесса газификации конденсированных топлив

«... без веры, что природа подчиняется законам, не может быть никакой науки...»
Норберт Винер

«... Нет ничего практичнее, чем хорошая теория...»
Людвиг Больцман

«... Смешанные тела изменяются ... от потери одной или нескольких составляющих ... необходимы силы, которые могли бы уничтожить сцепление между частицами. Легче всего такое действие производит огонь...»
М.В. Ломоносов

     Сначала небольшое историческое отступление от темы.
     Человек, перейдя к оседлому образу жизни, в качестве первой внешней энергетической установки для обработки земли в сельскохозяйственных целях стал использовать быка. А лошадь, гораздо более перспективный «энергоноситель», превосходящий по скоростным характеристикам быка в несколько раз, смог освоить только через пару тысячелетий. Причина здесь, видимо, проста: чтобы запрячь быка достаточно одной верёвки (шея у быка мощная, а скорость передвижения небольшая), а вот с лошадью так не получалось - шея у неё гораздо уязвимее, особенно при сравнительно высокой скорости перемещения. На поиск технологического решения под названием «хомут» и ушли эти тысячи лет. Зато после этого удалось использовать («распаковать») энергию лошади и в разы повысить производительность логической системы «земледелие».
     Нечто подобное происходит и с энергетикой в целом. Применимость различных энергоносителей в реальной жизни обуславливается достигнутым технологическим уровнем. По утверждению химиков в одном литре воды содержится в 300 раз больше энергии, чем в литре бензина. Но эта энергия так «упакована», что современными методами для её «распаковки» нужно затратить в три раза больше энергии, чем будет получено после этой операции. Поэтому этот источник энергии пока находится в ожидании соответствующих технологических решений - своего «хомута».
     Но это не значит, что сегодня не существует никаких вариантов повышения энергоэффективности и экологической безопасности сложившейся на сегодня энергетической модели мира. Многие серьёзные учёные и специалисты считают, что одним из таких вариантов «распаковки» энергии, заключённой в конденсированных топливах, может служить их предварительная газификация / пиролиз с получением ценных газообразных, жидких и твёрдых энергоносителей / химических веществ и одновременным снижением техногенной нагрузки на экосистему Земли. Помимо упомянутых во вступлении, к таким учёным, в частности, относятся:
     -     вице-президент и академик РАН, д.х.н. С.М. Алдошин;
     -     академик РАН, д.т.н. А.Е. Шейндлин;
     -     академик РАН, д.х.н. Н.Н. Трубецкой;
     -     член-корреспондент РАН, академик РАЕН и МАНЭБ, д.х.н. А.Л. Лапидус;
     -     член-корреспондент РАН, д.т.н. НИ. Воропай;
     -     член-корреспондент РАН, д.т.н. А.Д. Рубан;
     -     вице-президент и академик РАЕН, д.т.н. В.Ж. Аренс;
     -     академик РАЕН и РИА, д.т.н. А.Г. Нецветаев;


6

     -      академик РАЕН, д.т.н. Е.В. Крейнин;
     -      академик РАЕН, д.т.н. В.М. Чебаненко;
     -      академик РИА, д.х.н. В.В. Мясоедова;
     -      академик РЭА, д.т.н. Г.А. Солодов;
     -      член-корреспондент РИА, д.т.н. А. Ф. Рыжков;
     -      академик НАН Украины и МИА, д.т.н. В.И. Большаков;
     -      академик НАН Украины, д.ф.-м.н. Ю.П. Корчевой;
     -      академик НАН Украины, д.т.н. [АЮ. Майстренко [(скоропостижно скончался в Киеве 17 декабря 2011 г., но оставил после себя научную школу газификации угля);
     -      академик Академии горных наук Украины, д.т.н. И.Г. Товаровский;
     -      д.т.н. А.С. Малолетнев, д.т.н. М.Я. Шпирт, д.т.н. Ф.Г. Жагфаров, д.т.н. В.В. Сергеев, д.т.н. С.Г. Степанов, д.т.н. С.П. Сергеев, д.т.н. С.Р. Исламов, д.т.н. М.Л. Щипко, д.т.н. Г. Ф. Кузнецов, д.т.н. Ю.А. Стрижакова, д.т.н. НИ. Абрамкин, д.э.н. В.П. Пономарёв, д.т.н. А.А. Беляев, д.т.н. Л.Я. Шубов, д.т.н. А.М. Клер, д.т.н. Э.А. Тюрина, д.т.н. В.Н. Пиялкин, д.х.н. Д.А. Пономарёв, д.т.н. Н.Н. Ефимов, д.т.н. А.В. Белов, д.т.н. И.А. Коробецкий, д.т.н. Б.И. Кондырев, д.т.н. С.А. Гончаров, д.ф.-м.н. А.В. Фёдоров, д.т.н. В.Е. Мессерле, д.т.н. С.Н. Лазаренко, д.т.н. А.П. Тапсиев, д.т.н. С.А. Кондратьев, д.т.н. А.Н. Анушенков, д.т.н. С.И. Сучков, д.ф.-м.н. В.М. Гремячкин, д.т.н. С.А. Прокопенко, д.т.н. В.И. Ковбасюк;
     -      к.т.н. Р.Ш. Загрутдинов, к.т.н. А.А. Гроо, к.т.н. А.Н. Нагорнов, к.т.н. В.В. Тиматков, к.ф.-м.н. Е.А. Салганский, к.т.н. В.Н. Ковалёв, к.т.н. В.А. Брянцев, к.т.н. Ю.Д. Юдкевич, к.т.н. А.Н. Булкатов, к.ф.-м.н. Д.Г. Григорук, к.т.н. И.В. Гребенюк, к.т.н. А.Ю. Зоря, к.т.н. А.С. Медников, к.т.н. В.В. Степанов, к.т.н. К.И. Наумов, к.т.н. А.П. Кузмин, к.т.н. С.К. Тризно, к.т.н. В.И. Ростовцев, к.т.н. Е.В. Дворникова, к.т.н. И.О. Михалёв и др.
     Газификацией конденсированных топлив             (ГКТ)    называется
термохимический процесс преобразования (конверсии) органической части (главным образом, содержащегося в ней углерода) конденсированных топлив (КТ) в горючий генераторный газ (ГГ), удобный для последующего сжигания, как в горелках котлов различного назначения, так и в камерах сгорания (внешних и внутренних) двигателей различных типов.
     Газификация является чрезвычайно сложным гетерогенным физикохимическим процессом, которому присуща сложная кинетика. Этот процесс развивается в полидисперсной и гетерогенной среде в условиях фильтрационного и диффузионного переноса газов. Для процесса характерно наличие одновременного переноса энергии, импульса и массы в весьма сложной и неоднородной геометрической системе, а также присутствие фазовых превращений с тепловой деформацией слоя, явлениями спекания и изменения структуры и свойств минеральной части топлива и зольного остатка. При этом имеют место быть гомогенные и гетерогенные химические превращения, непрерывно протекают многочисленные последовательные и параллельные, прямые и обратные химические реакции.
     Общеизвестны достоинства газообразного топлива: оно хорошо приспособлено к транспортированию на большие расстояния, при горении не оставляет золы, не выделяет копоти и больших объемов дымовых газов, процесс сжигания газа легко автоматизировать, температура пламени, как правило, значительно выше аналогичного показателя, получаемого при непосредственном сжигании конденсированных топлив. Кроме того, искусственные горючие газы являются ценным сырьем для химической промышленности (синтез аммиака, производство искусственных жидких топлив, масел, смазок и др.).

7

     Главным преимуществом технологий ГКТ с экологической точки зрения является сравнительно низкий уровень негативного воздействия на окружающую среду.
     Это, в первую очередь, обусловлено достаточно продолжительным (особенно для газификации в плотном слое) нахождением газообразных продуктов ГКТ сначала в зоне окисления (горения) при температурах от 1 000...1 200 °C и выше, а затем в восстановительной (бескислородной) зоне формирования ГГ. Это препятствует образованию различных оксидов (в т.ч. азота и серы), а наиболее опасные вещества (диоксины, фураны, полихлорбифенилы, бенз(а)пирены и другие полициклические ароматические углеводороды)    подвергаются термическому разложению и
восстановительному дехлорированию.
     Ещё одним преимуществом газификации в сравнении с прямым сжиганием КТ является образование гораздо меньших объёмов газов, подлежащих очистке. Кроме того, в результате более полного (в сравнении с прямым сжиганием КТ) сгорания газообразного топлива образуется значительно меньшее (в разы, а, по некоторым позициям, и на порядки) количество вредных для окружающей среды химических соединений (как в дымовых газах, так и в зольном остатке).
     Всё это позволяет существенно сэкономить на дорогостоящем оборудовании газоочистки дымовых газов, выбрасываемых в атмосферу (стоимость такого оборудования, например, в составе мусоросжигающих заводов составляет более 50%) и оборудовании обеззараживания конденсированных вторичных отходов.
     Наличие значительного объёма балластных инертных компонентов (прежде всего, азота N2 и диоксида углерода CO2,) в ГГ также имеет свою положительную сторону - генераторный газ по сравнению с природным гораздо менее взрывоопасен.
     Наконец, при газификации недожог топлива сравнении с прямым сжиганием существенно ниже, т.к. происходит почти 100% конверсия углерода при переходе его из конденсированного в газообразное состояние, а в ГГ и зольном остатке практически отсутствует сажа (непрореагировавший углерод).
     В качестве сырья для газификации могут выступать практически все углеродсодержащие материалы природного и техногенного происхождения, в частности:
     -     горючие ископаемые (каустобиолиты);
     -      биомасса, в т.ч. специально выращиваемая фитомасса (например, в фотобиореакторах и / или «энергетических лесах»);
     -      углеродсодержащие отходы производства и потребления, включая бытовые и коммунальные отходы, в т.ч. иловые осадки канализационных и сточных вод.
     При этом специально выращенная фитомасса и отходы различного происхождения относятся к возобновляемым источникам энергии.
     Газифицируемое топливо может обладать широкими диапазонами энергетической плотности (так, содержание углерода может быть до 25% и ниже), гранулометрического состава (от долей до сотен миллиметров), влажности и зольности (до 50% и выше), может быть использовано по отдельности и в самых разнообразных смесях, в жидком, твёрдом и промежуточном между ними (конденсированном) виде.
     При этом можно получить ГГ с заданным химическим составом / теплотой сгорания, т.к. это определяется выбранной схемой газификации, температурой, давлением, составом применяемых газифицирующих агентов, наличием и свойствами катализаторов.

8

     Большая энциклопедия под редакцией С.Н. Южакова, выпущенная в 1900 ... 1909 гг. книгоиздательским товариществом «Просвещение» (г. Санкт-Петербург) совместно с Библиографическим институтом (города Лейпциг и Вена), определяла «... смысл [газо]генераторной топки ...» как «... достижение высоких тепловых эффектов с помощью газа, получаемого из посредственного по качеству [конденсированного] горючего ...».
     В основе технологического процесса газификации лежит способность органической части КТ переходить при определённых условиях из конденсированного в газообразное состояние с образованием монооксида углерода (угарного газа) и водорода. Назначение оборудования ГКТ - создать

такие условия.
     Одним из таких необходимых условий является обеспечение процесса термохимической деструкции КТ, называемого пиролизом. Пиролиз внутри

реакторов газогенераторов происходит в результате нагрева топлива при

отсутствии кислорода.
     Нагрев КТ обычно обеспечивается за счёт окисления части газифицируемого топлива (~ 10.30% в зависимости от характеристик КТ и оборудования газификации) без подвода теплоты извне, т.е. в автотермическом режиме (хотя существуют и аллотермические газогенераторы с подводом тепла извне).
     Вообще, любые конденсированные топлива или их смеси, в т.ч.

произведённые из отходов, для автономного сжигания и автотермической газификации должны обладать определённым процентным соотношением

горючей массы, влажности и зольности.
      Шведский учёный Таннер установил, что органические вещества могут самостоятельно обеспечивать стабильность процесса горения при содержании в них горючих веществ (С) не менее 23 %, а влаги (W) и золы (А) - не более 50 % и 60 % соответственно, т.е. находиться в «желтой зоне» треугольника Таннера (см.

Рис. 1.1).
     Отсутствие кислорода в зонах формирования ГГ и пиролиза (восстановительной зоне и зоне коксования) достигается тем, что подаваемые в реактор газифицирующие агенты, сбалансированы таким образом, что весь содержащийся в них кислород используется в зоне окисления (зоне горения ).
     В процессах пиролиза КТ, происходящего при температуре =400...900ОС, и взаимодействия продуктов пиролиза с кислородом газифицирующих агентов при температуре

Рис. 1.1 Треугольник Таннера

9

= 900.1 350 ⁰C     по экзотермическим химическим реакциям
С + О2 ^ СО2 + 409 кДж /моль и 2С + О2 ^ 2СО + 246 кДж / моль выделяется теплота. Эта теплота используется в процессах:
     - сушки / нагрева КТ ри температуре = 150.400 °C;
     -      взаимодействия продуктов пиролиза с диоксидом углерода и водяным паром при температуре = 750.1 000 °C по эндотермическим химическим реакциям (С + СО2 ^ 2СО —162 кДж/моль и С + Н2О ^ СО + Н2 —137кДж/моль);
     -      подогрева газифицирующих агентов при температуре теплоносителей (продуктов газификации) = 200.900 °C.
     В результате вышеприведённых химических реакций происходит образование монооксида углерода СО и водорода Н2 - основных горючих компонентов ГГ (другими химическими реакциями, имеющими место при газификации КТ, в виду их незначительного влияния на состав и калорийность ГГ, в большинстве случаев «нехимического» применения технологий газификации можно пренебречь).
     Условия, необходимые для протекания химических реакций газификации и сопутствующих им процессов в соответствующих зонах реактора, обеспечиваются правильной организацией тепломассообмена.
     В большинстве случаев эффективность процессов газификации может существенно повышаться при использовании соответствующих катализаторов, позволяющих снижать температуру при сохранении высокой скорости процесса и регулировать состав продуктов.
     Таким образом, при правильно сбалансированных потоках топлива, инертного материала (при наличии) и газифицирующих агентов, подаваемых в реактор термохимической конверсии углерода, а также при правильной организации тепломассообмена внутри реактора исходное КТ с достаточно высокой эффективностью (химический / термический КПД газификации 0,65.0,95) преобразуется в конечные продукты термохимической деструкции сложных органических веществ - горючий ГГ и твёрдый зольный остаток.

10