Диссертация (1143428), страница 32

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 32)

Бабия [166]вл1 = kвл15,31014Тг 4 0,8, с.(3.36)Определение времени прогрева крупных (  510-3 м) частиц при температуре газового потока Тг=1173…1373 K проводилось по зависимости, предложенной в [222, 524]:свлвл2  kвл21013 Т гnвл mвл (1  wотн) , с,(3.37)где wотн – скорость обтекания частицы потоком, м/с. Опытные коэффициентыkвл1, kвл2, nвл, mвл, свл приведены в таблице 3.4.Для частиц размером 10-3    510-3 м возможно использование любой иззависимостей (3.36) или (3.37), однако расчеты проводились по зависимости(3.37), учитывающей влияние большего количества различных параметров.3.1.4.2 Выход и горение летучихВ процессе термического разложения из твердого топлива происходитвыделение летучих веществ в виде газообразных и жидких продуктов: углеводородов, окислов углерода, смол, пирогенетической воды, кислот, азоти серосодержащих соединений.

Общее количество и состав вышедших летучих в определенной степени зависят от термических и иных условий, в которых осуществляется процесс деструкции – скорости нагрева частиц, максимальной температуры, состава окисляющего или газифицирующего агента идр. Количество выделившихся летучих зависит от их содержания в исходномтопливе и от скорости разрушения определенных групп связей. Для расчетадинамики выхода суммарного количества летучих использовалась зависимость [525]nV   C0i 1  exp(1  ki )  ,(3.38)i 1где V  cуммарное количество летучих веществ, которое может выделиться кмоменту полного завершения термолиза; i  число групп реакций, учитывае-171мых при описании процесса термолиза; С0i – количественная характеристикаопределенной группы летучих, причем С01 + С02 + ...

+ С0i = 1; ki, 1/с – константаскорости реакции для соответствующей группы реакций, 1/с, (считаем, что онаподчиняется зависимости Аррениуса). Процесс выхода летучих считается законченным, когда суммарное количество выделившихся продуктов термолизасоставляет 90 % от содержания летучих в исходном топливе [222].В разработанной модели для расчета выхода летучих применялась двухкомпонентная схема, являющаяся более точной и рекомендуемая [525] дляиспользования при анализе процесса термолиза топлив, богатых летучими.При расчете использовались константы скорости реакций разложения, приведенные в [514, 525].Сравнение расчетных кривых выхода летучих из частицы азейского бурогоугля размером  = 5 мм, полученные по однокомпонентной и двухкомпонентнойсхемам с учетом изменения температуры частицы в процессе прогрева, показало (рисунок 3.19), что время выхода летучих, рассчитанное по двухкомпонентной схеме, больше, чем при использовании однокомпонентной схемы, однакообе кривые имеют S-образный профиль.

На кривой, полученной по двухкомпонентной схеме, образуются два временных отрезка, в пределах которых происходит интенсивное выделение первой и второй групп летучих.Для оценки времени выхода и горения летучих в среде с СО2 = 10…21 %использовано эмпирическое выражение, предложенное В.И. Бабием для мелких частиц (  10-3 м) [166]:гл1 = kгл1 0,5106 2 , с.(3.39)40V, %0.9 . V 0л2000204060Время процесса, сРисунок 3.19 – Выход летучих из частиц азейского бурого угля ( = 5 мм)в среде с температурой Тср = 1500 K(- - - -  однокомпонентная схема;   двухкомпонентная схема)172Расчет времени выхода и горения летучих для крупных (  510-3 м) частиц проводился по зависимости, предложенной С.М.

Шестаковым иВ.К. Любовым [222, 524]:с глгл2  kгл2  108 Т гn гл  mгл (1  wотн) , с,(3.40)где kгл1, kгл2, nгл, mгл, сгл – опытные коэффициенты [524], приведенные в таблице 3.4. Для частиц размером 10-3    510-3 использована зависимость (3.40).3.1.4.3 Горение углерода кокса и его реагирование с оксидами азотав топочном процессе. Анализ констант скоростей реакцийПроцесс горения кокса с точки зрения тепловыделения является основным при горении твердого топлива.

Протяженность этой стадии составляетдо 90 % от времени всего процесса горения.Кокс органического топлива состоит из углерода и золы. Зола по своейприроде и распределению в исходном твердом топливе разделяется на внутреннюю и внешнюю. При размоле угля в процессе приготовления пыли основная масса внешней и частично внутренней золы отделяется от горючеймассы. Зола, оставшаяся в коксовом остатке, не оказывает существенноговлияния на горение углерода, ввиду чего появляется возможность рассмотрения процесса горения коксового остатка как горение чистого углерода.Специальными опытами [34] по изучению поведения топливной золыпри дроблении топлива в процессе подготовки его к сжиганию в НТВтопочном устройстве установлено, что основная масса золы отделяется отисходного топлива в процессе дробления, что дает возможность, как и примоделировании горения пыли, не учитывать влияние золы на горение углерода и использовать в разрабатываемой методике модель сегрегирующейсязолы и сжимающейся частицы [222].

Ввиду этого при расчете процесса горения углерода кокса в рассмотрение введен коэффициентKr = 1  (Wr + Ar + Vr)/100,(3.41)учитывающий относительное содержание кокса в рабочей массе топлива(Wr, Ar, Vr  соответственно влажность, зольность и выход летучих на рабочую массу топлива, %).173Анализ существующих методик расчета процесса горения натуральноготвердого топлива [166, 222, 521, 526...531 и др.] показал, что наиболее полногорение углеродных частиц в НТВ-топочной камере может быть описано набором химических реакций, предложенным В.В. Померанцевым и С.М.

Шестаковым [222], где механизм горения углерода при “сухой” и “мокрой” газификации представляется следующими итоговыми гетерогенными и гомогенными реакциями (тепловой эффект в кДж/моль):гетерогенные реакциипри “сухой” газификациипри “мокрой” газификации1) С+О2=СО2+394,6 ;3) С+Н2О=СО+Н2130,4 ;2) 2С+О2=2СО+219,6 ;3) С+2Н2О=СО2+2Н2132 ;3) С+СО2=2СО175,6 ;3) С+2Н2=СН474,8 ;гомогенные реакции4) СО+О2=2СО2+570,2 ;4) 2Н2+О2=2Н2О+231,5 ;4) СН4+2О2=СО2+2Н2О+891 ;4) СО+Н2О=СО2+Н2+40,4 .(3.42)Разложение оксидов азота на углероде кокса учтено реакцией5) 2 NO + 2 C = N2 + 2 CO.В соответствии с [222] обозначения основных реагирующих компонентов приняты следующим образом: О2 – 1; СО2 – 2; СО – 3; Н2 – 4; Н2О – 5, аоксиды азота NO – 6, азот N2 – 7.Изменение констант скорости химических реакций от температуры подчиняется зависимости Аррениуса [222, 532]ki = k0iexp(Ei/(RT)),(3.43)где k0i – предэкспоненциальный множитель зависимости Аррениуса для гетерогенных м/с и для гомогенных (в 1/с) реакций; Еi – кажущаяся энергия активации i-й реакции, Дж/моль.Использование зависимости для полюса (точки, в которой по мере ростатемпературы сходятся линии констант скоростей реакций в полулогарифмических координатах Аррениуса (lgk=f(1/T)) позволяет связать между собой энергию активации и предэкспоненциальный множитель.

Для расчета этой связииспользуем полюс, предложенный С.М. Шестаковым [34, 222, 525]:lgk0 = 0,210-4E + 2.(3.44)174Большой разброс значений энергий активации, полученных при обработкеэкспериментальных данных даже на одном виде углеродного материала, вызвано не только неоднородностью углеродных материалов, но и недостаточнострогим учетом диффузионного влияния. Это затрудняет выбор значений k0 и Е.Исследования Л.А. Вулиса, В.В. Померанцева и др. показывают, что для одногои того же кокса между значениями энергии активации различных реакций углерода с О2 и СО2 имеется определенная связь.

На основании анализа многочисленных опытных данных в [222, 525] рекомендуются следующие соотношениямежду значениями энергий активации различных реакций:ЕС+О2=СО/ЕС+О2=СО2 = 1,1;ЕС+СО2=2СО/ЕС+О2=СО2 = 2,2;(3.45)ЕС+Н2О=СО/ЕС+О2=СО2 = 1,6.Для учета массообмена вблизи углеродной поверхности использован метод приведенной пленки [222]. Приняты следующие допущения:стефановский поток не оказывает влияния на толщину приведенной пленки;приведенная пленка рассматривается как плоская;термодиффузия по толщине приведенной пленки отсутствует;скорость гомогенных реакций и коэффициент диффузии рассчитываются по средней температуре приведенной пленки;внутрипористое реагирование не учитывается вследствие его малости;для диффузии в многокомпонентной газовой смеси принят средний коэффициент диффузии.Для оценки степени влияния реакции 4 системы (3.42) в выгорании углеродной частицы используется критерий Семенова (Se), характеризующийотношение потока вещества, поглощенного гомогенной реакцией 4 догорания, к его диффузионному потоку:Se k4  2,D(3.46)где k4 – константа скорости реакции 4;  = /NuD – толщина приведенной пограничной пленки, м; D – коэффициент диффузии, м2/с.Коэффициент диффузии в многокомпонентной смеси определяется изсоотношения Уилка175D1n 1  x1,x2 / D12  x3 / D13  x4 / D14   (3.47)где x1 = p1 /P, x2 = p2/P и т.д.

 молярные доли компонентов в смеси; D1,2 , D1,3,D1,4 – коэффициенты взаимной диффузии веществ при реальных условиях,определяемые по зависимости Винкельмана1,75D12  D012 T / T0 P0 / P ,(3.48)где D012  коэффициент взаимной диффузии веществ при н.у.

(P0 = 101,3 кПа,T0 = 273 K).По мере возрастания скорости реакций 4 и 4 системы (3.42), а такжеувеличения толщины пограничного слоя кислород все в большей степенирасходуется на догорание CO и H2 в пределах приведенной пленки. При этомвозможны следующие случаи:1.

Кислород достигает поверхности углеродной частицы. Эту схему называют схемой горящего пограничного слоя. Она имеет место при сравнительно невысоких температурах и небольшой толщине пограничного слоя.2. Кислород не достигает поверхности углеродной частицы, расходуясьна догорание CO и H2 в пределах приведенной пленки. Такую схему называют схемой двойного горящего пограничного слоя.

Она возможна при высокой температуре процесса и горении крупных частиц топлива.3. В пределах приведенной пленки происходят только диффузионныепроцессы, а оксид углерода и водород выходят из приведенной пленки и сгорают в газовом потоке. Этот случай называют схемой с негорящим пограничным слоем. Такая схема характерна для мелких углеродных частиц вусловиях умеренных температур, что характерно для пылеугольных топок.Схема горения углеродной частицы определяется с помощью критерияН.Н.

Характеристики

Список файлов диссертации