Cieplno-przepływowy model karbonizacji suchego węgla

Koksowanie węgla, istotne z technicznego punktu widzenia, jest procesem złożonym, na który składa się szereg zjawisk fizycznych i chemicznych. Kompleksowy model koksowania wymaga uwzględnienia zagadnień transportu ciepła, przemian fizykochemicznych i fazowych oraz zagadnień związanych z przepływem gazu.  Podstawą procesu jest piroliza cząstki węgla, podczas której pod wpływem wysokiej temperatury ulega ona rozkładowi, w wyniku czego uwalniane są gazy pirolityczne. Termochemiczna konwersja cząstek węgla wiąże się jednocześnie ze zmianą ich struktury, tj. porowatości i gazoprzepuszczalności, co znacząco wpływa na dynamikę zmian ciśnienia w komorze koksowniczej. W pracy proponuje się jednowymiarowy nieustalony model  procesu koksowania. Model opisuje proces karbonizacji węgla suchego i  składa się z czterech równań bilansowych - bilansu masy fazy stałej, transportu masy fazy gazowej, bilansu pędu gazu, bilansu energii wsadu oraz, dodatkowo, równania stanu gazu doskonałego. Źródło masy gazów opisano bazując na danych termograwimetrycznych. Do rozwiązania zagadnień transportu ciepła i przepływu gazu wykorzystano schematy numeryczne częściowo niejawne. Model umożliwia predykcję rozkładu temperatury, ilości wydzielonych gazów, ciśnienia i prędkości gazów w komorze koksowniczej dla całego procesu rzeczywistego przy stosunkowo niewielkim koszcie obliczeń. Rezultaty wskazują jednoznacznie na istotny wpływ zawartości części lotnych w węglu oraz gazoprzepuszczalności na zmianę ciśnienia w komorze.

Pełny tekst (pdf)

1. Mertas B., Sobolewski A., Różycki G.: Badania gazoprzepuszczalności warstwy plastycznej węgli jako czynnika wpływającego na wielkość generowanego ciśnienia rozprężania, KARBO, 2 (2013) 163-171.
2. Polesek-Karczewska S.: Analiza porównawcza kinetyki zgazowania różnych rodzajów  biomasy i paliw kopalnych. Oprac. wew. IMP PAN, nr arch. 141/08.
3. Lee W.T.: Tridiagonal matrices: Thomas algorithm, MS6021, Scientific Computation, University of Limerick
4. Polesek-Karczewska S. Kardaś D. Mertas B. Modelowanie rozkładu temperatury w piecu koksowniczym, KARBO, nr 3, 2009, s. 151-155.
5. Stelmach S., Kardaś D., Polesek-Karczewska S. Eksperymentalna weryfikacja niefourierowskiego modelu transportu ciepła w koksowanym wsadzie węglowym, KARBO, nr 3, 2011, s. 156-165.