Диссертация (1143428), страница 33

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

Текст из файла (страница 33)

Семенова. При Se  0,4 можно пренебрегать горением CO и H2 в пределах приведенной пленки и применять для анализа процесса горения схемунегорящего пограничного слоя; при 0,4 < Se < 2,0  схему горящего пограничного слоя; при Se  2,0 применяется схема двойного горящего пограничного слоя; если Se > 100  схема двойного горящего пограничного слоя сдогоранием СО на поверхности горения внутри приведенной пленки.Рассмотрим перечисленные схемы с учетом разложения оксидов азотана углероде кокса и запишем выражения для потока углерода с реагирующейповерхности для определения доли реакции (1.6) и, в конечном итоге, снижения концентрации NO.1763.1.4.3.1 Горящий пограничный слойПри 0,4 < Se < 2,0 необходимо учитывать горение CO и H2 (реакции 4 и 4)в пределах приведенной пленки (рисунок 3.20, а).

Кислород, несмотряна взаимодействие с CO и H2, достигает поверхности, и может протекатьего прямое взаимодействие с углеродом. Отношение констант реакций 4 и 4'при топочных температурах около 1500 K составляет примерно 106 и, следовательно, реакцией догорания окиси углерода 4 в пограничном слое можнопренебречь.а)б)Рисунок 3.20 – Пример распределения парциальных давленийи потоков компонентов в приведенной пленке для случаева  горящего пограничного слоя и б  негорящего пограничного слоя(индексы: “0” – поверхность частицы; “” – поток)Набор гипотетических реакций для этого случая:1)2)3)3)4)5)C + O2 = CO2;C + O2 = CO;C + CO2 = CO;C + 2H2O = CO + H2;H2 + O2 = 2H2O;2NO + C = N2 + CO.(3.49)177Определим парциальное давление и поток кислорода в пределах приведенной пленки (p1, G1).Молекулярная диффузия кислорода в плоском слое:D dp1G1  (3.50).RT dxПосле дифференцирования по x получаемD d 2 p1dG1  dx .RT dx 2(3.51)С другой стороны, поглощение О2 в пределах приведенной пленки идет пореакции 4'.

Скорость гомогенной реакции горения водорода прямо пропорциональна концентрации компонента, находящегося в недостатке, т. е. кислорода:k4 'p1 ;RT(3.52)k4 'p1dx .RT(3.53)G1  после дифференцирования по xdG1  Приравняв правые части и введя безразмерную координату x/, получимd 2 p1d  x 2k 4 ' 2p1  Se 2 p1 .D(3.54)Решение дифференциального уравнения (3.50) имеет видp1  A exp(Se x )  B exp( Se x ) .(3.55)Граничные условия:p1(0) = p10; p1() = p1.(3.56)A и B  постоянные, определяемые из граничных условий A  B  p10 ; A exp(Se)  B exp(  Se)  p1 ;p10 exp( Se)  p1A;exp( Se)  exp(Se) B  p1  p10 exp(Se) .exp( Se)  exp(Se)(3.57)Таким образом, получаем распределение парциального давления кислорода в пределах приведенной пленки, выраженное через p10:178xx)  ( p1  p10 exp(Se)) exp( Se ) .exp( Se)  exp(Se) p10 exp( Se)  p1  exp(Sep1 (3.58)Для условий у поверхности частицы можно записать равенство потоков O2,диффундирующего к поверхности и поглощаемого в реакциях 1 и 2 системы (3.49):G10D  D dp1DSeRT dxRT (exp( Se)  exp(Se))x  x ( p10 exp( Se)  p1 ) exp  Se   ( p10 exp(Se)  p1 )exp   Se   ;  G10k  k1  k2 p10 .RT(3.59)(3.60)Комплексы ki/D имеют смысл диффузионно-химических критериев подобия на границе и согласно [222] названы химическими критериями Нуссельта:Ni = ki / D.(3.61)Приравняв (3.55) и (3.56) с учетом (3.57) получим( N1  N 2 ) p10 Se(exp( Se)  exp(Se))x  x ( p10 exp( Se)  p1 ) exp  Se   ( p10 exp(Se)  p1 )exp   Se   ,  (3.62)откуда искомое давление кислорода у поверхности частицыp10 2Sep1.exp(Se)(Se N1  N 2 )  exp( Se)(Se N1  N 2 )(3.63)Распределение парциального давления и потока кислорода по толщинеприведенной пленки:p1 p1exp(Se)(Se N1  N 2 )  exp( Se)(Se N1  N 2 )x x exp  Se  (Se N1  N 2 )  exp   Se  (Se  N1  N 2 )  ; G1  D dp1D Se p1RT dxRT (exp(Se)(Se  N1  N 2 )  exp( Se)(Se  N1  N 2 ))x x  exp  Se  (Se N1  N 2 )  exp   Se  (Se N1  N 2 )  . (3.64)(3.65)179Проведя аналогичные расчеты применительно к остальным реагирующим компонентам системы (3.49), получим выражения для их парциальныхдавлений и потоков по толщине приведенной пленки:p2   N1 p10  x p2   N1 p10; p2   p2   1N1N33G2   D dp2   D  p2   p2   N1 p10  ;RT dxRT  1  N3  p  N p  N p  N p  x  p  N p  N p  N p ;2 103 203' 5032 103 203' 50 3DG3  N 2 p10  N3 p20  N 3' p50  ;RT p1 p4  exp(Se)(SeNN)exp(Se)(SeNN)1212 xxx exp  Se  (Se  N1  N 2 )  exp   Se  (Se  N1  N 2 )  2( N1  N 2 )Se  2Se     xN  p   p ;3'4040D  Sep1(3.66)G4  RT   exp(Se)(Se N1  N 2 )  exp(  Se)(Se  N1  N 2 )  exp  Se x  (Se  N1  N 2 )  exp   Se x  (Se  N1  N 2 )  2( N1  N 2 )   N3' p40  ;   p1 p5  2exp(Se)(Se N1  N 2 )  exp( Se)(Se N1  N 2 ) exp  Se x  (Se  N  N )  exp   Se x  (Se  N  N )  2( N  N )Se x  2Se  121212   xN3'  p50   p50 ;Dp1 SeG5 2RT (exp(Se)(Se  N1  N 2 )  exp( Se)(Se  N1  N 2 )) exp  Se x  (Se  N  N )  exp   Se x  (Se  N  N )  2( N  N )   N  p  ;121212 3'50  p6   xp6 pp; 6 61  N5   1  N 5D dp6D p6  G6   p6  ;RT dxRT  1  N5 180Поток углерода с учетом стехиометрических соотношенийGc  1 RT ((k1  2 k2 ) p10  k3 p20  0,5k3' p50  0,5k5 p60 )   D RT (( N1  2 N 2 ) p10  N 3 p20  0,5 N 3' p50  0,5 N 5 p60 ).(3.67)С учетом выражений для парциальных давлений (система (3.66), потокуглерода с поверхности частицы, кмоль/(м2с):Gc DRT N3N51 1p2   0,5p6   N3 ' p5  1N1N1N2353'(3.68)2Se e  Se  ( N1  2 N 2  ( N1  N 2 )(2  N 3' ) N 3  N 3' ( N 2  1  N 3 )    p1  N 3'   .(1  N 3 )  e2 Se (Se N1  N 2 )  Se N1  N 2   3.1.4.3.2 Негорящий пограничный слойВ случае Se  0,4 скорость горения CO и H2 невелика, и их горение впределах приведенной пленки (рисунок 3.20, б) практически не влияет нараспределение концентраций компонентов, прежде всего кислорода.

Оксидуглерода выносится из приведенной пленки и сгорает в газовом потоке. Вэтом случае в пределах приведенной пленки происходят только диффузионные процессы. Расчетные формулы для этой схемы сильно упрощаются, т.к.потоки компонентов сохраняются неизменными по всей толщине пограничного слоя.Набор гипотетических реакций:1)2)3)3')4')5)C + O2 = CO2 ;C + O2 = CO ;C + CO2 = CO ;C + 2H2O = CO + H2 ;H2 + O2 = 2H2O ;2NO + C = N2 + CO .(3.69)Поток углерода с учетом стехиометрических соотношенийGc  G1  1 2 G6  G2  G3  1 2 G6 .Выражения: для потока углерода, кмоль/(м2с),(3.70)181Gc D 1 p1 N1 (1  2 N 3 )  2 N 2 (1  N3 ) RT  (1  N 3 )(1  N1  N 2 ) p2  N 3 1  N1  N 2  N3' p5 p 1  0,5 N1  N 3   3 2 N 5 6   ,1  N5 (3.71)для парциальных давлений и потоков компонентовp1  0,5 N3' p5  p10  1  N  N ;12p2  (1  N1  N 2 )  N1 ( p1  0,5 N3' p5  )p;20(1  N3 )(1  N1  N 2 )D1G2   RT (1  N )(1  N  N )   p2  N 3 (1  N1  N 2 )  N1 ( p1  0,5 N3' p5  ) ;3121 p1 ( N 2 (1  N3 )  N3 N1 )  p2 N 3 (1  N1  N 2 )  p30 (1N)(1NN)312p6 ;(3.72)0,5 N3' p5  (1  N1  N3 )   0,5 N51N5D p30 1G3  22 D RT RT  (1  N3 )(1  N1  N 2 )  p1 ( N 2 (1  N3 )  N3 N1 )  p2  N3 (1  N1  N 2 )  0,5 N 3' p5  (1  N1  N 3 )  0,5 N5 p6   ;1  N5 G   D N p6  6 RT 5 1  N53.1.4.3.3 Двойной горящий пограничный слой3.1.4.3.3.1 Горение коксовых частиц сухого топливаПри Se  2 можно применять схему двойного горящего пограничногослоя, по которой толщина приведенной пленки разбивается на три зоны: 1 и 3 зоны только молекулярной диффузии компонентов  разделены зоной 2взаимодействия продуктов неполного сгорания углерода CO, H2, CH4 с диффундирующим им навстречу O2.182При достаточно высокой температуре (Se > 100) можно применять схемудвойного горящего пограничного слоя с догоранием СО на поверхности горения внутри приведенной пленки (рисунок 3.21, а).

Горение по данной схеме протекает по реакциям системы (3.42): 3  на поверхности частицы; 4  впределах приведенной пленки. Набор основных реакций с учетом разложения оксидов азота на углероде кокса:3) C + CO2 = 2CO ;4) 2CO + O2 = 2CO2 ;5) 2NO + 2C = N2 + 2CO .(3.73)Поток углерода с учетом стехиометрических соотношенийGc  G20  G60 .(3.74)Выражения для парциальных давлений и потоков компонентов:2 p1  p2  p20  1  N ;3Dp2   2 p1GN;203RT1  N3p6 p ;601  ( k5  ) / DG  k5 p  k5 p6    D N p6  ; 60 RT 60 RT 1  N5 RT 5 1  N5(3.75)выражение для потока углерода, кмоль/(м2с)Gc  D  2 p1  p2 p  N5 6   . N3RT 1  N31  N5 (3.76)3.1.4.3.3.2 Горение коксовых частиц влажного топливаУглерод кокса по этой схеме выгорает за счет восстановительных реакций 3 и 3' системы (3.42).

Характеристики

Список файлов диссертации