1598005868-03648c969f647e9d2289db563a03b78d (811236), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Поток оксида углерода согласно стехиометрии реакции 2СО+Ов=2СОа должен быть в два раза больше потока кислорода, т. е. баа = 2 1бвь1. Из формулы (7-38) и выражения 1бвь1= В Рвь следует, что 2 — Рав = аа РТ Ь вЂ” Ьв йТ =2— ДТ Ь вЂ” Ьв Подставив в это уравнение рав по (7-37), получим При изменении в потоке парциального давления либо кислорода, либо углекислоты зона горения перемещается по толщине приведенной пленки. При уменьшении концентрации кислорода зона горения приближается к внешней границе приведенной пленки (Л,/Л -1) и при рзд =0 окись углерода из приведенной пленки выходит в поток.
При этом схема процесса с двойным горящим пограничным слоем заменяется схемой с негорящим пограничным слоем, причем выгоранне углерода происходит за счет восстановительных реакций. Такая схема характерна для процесса газификации твердого топлива. Обратная картина наблюдается прн увеличении в потоке парциального давления кислорода. В этом случае зона горения приближается к частице.
Условие, при котором кислород еще не будет достигать поверхности частицы, можно получить из (7-40): Рзь ((Рзь+ Рзь) й7з. (7-41) 2р~д+ Ръь 1+'М, Рзо = ~(Род (1 — ) +Родэ' б,д — — —— ав 2р,д+ р,д 1Чз; бзд=!Сгзь1; Кт 1+ Ь. ызо = ао 1тз (2Рзь + Реь); Сззо = 2 ! Сззо !' Дт 1+и ыс = ! ызо ! (7-42) ) Когда процесс протекает в диффузионной или кинетической области, полученные выражения можно упростить.
При горении в диффУзионной области (Аз»ао и йГз — ~-оо) имеем ыс= — "~ (2р~~+рзь), (7-43) 190 При Рзь-'>(Рзь+ Рзь) Мз кислород достигает поверхности частицы и схема горения также переходит в схему с негорящим пограничным слоем. Прп этом выгорание углерода происходит по реакциям 1; 2; 3, причем в расчетах необходимо учесть, что часть кислорода будет расходоваться на горение окиси углерода по реакции 4 непосредственно у самой углеродной поверхности. Такая схема в топочных процессах может иметь место, если низка скорость восстановительной реакции, т.
е. мало йз (или велико ао) и она не может обеспечить достаточного количества СО для полного связывания кислорода. ) Теперь можно получить выражение для парцпальных давлений и потоков компонентов: +»Уз + — ) — (»»1»+ Фз) + г»'з — ')~; вар 1 »»Т Зе (р е Фз — й7з)+(1+ (!+У,+ а»,)(1+ 9,+ — ~ з Г +№+Р7М(р„+Р№)+р„(1+ зе')(1+№+й7) „ з в кинетической области (»»»~ар н Л»з-»-О) аз ( О = — (2р +рзз) лт1 Следует отметить, что при двойном горящем пограничном слое вследствие сокращения диффузионного пути кислорода (ему нужно пройти путь только до зоны горения Л вЂ” Ь», а не до поверхности частицы Л) видимая скорость горения углерода в диффузионной области йримерно в два раза больше, чем при окислительном горении до образования СОз.
Например, при отсутствии в потоке углекислоты (рзд — — О) для диффузионной области Л»/Л=О,б — см. формулу (7-40). Если скорость горения СО конечна, то выражения для парциальных давлений и потоков компонентов р» и С»» будут более сложными и скорость горения углерода станет зависеть еще и от критерия Семенова. Упрощенные выражения для потоков в этом случае имеют вид ар »тт / Без х (рзе ((о»' +»1»з) (1+ (1+ №+ е»з) (1 + Л»з+ — ~ з 3 + Л~з) + — (№+ 2й/з — Л1з)1+ — рзе Без ((1+ Мз+ Фз) (2+ 3 з з (7-45) » где Р= ~'', р» — суммарное давление; Яе =.~й4НР. 1 Подробное рассмотрение задачи при рзз — -0 приводит к следующему условию перехода от схемы с двойной горящей пленкой к схеме с одинарной горящей пленкой: 1 1 ар ар 1 ез а»11 е.
горящий пограничный слой примерно отвечает пределам критерия Семенова 0,4~Бе(2. Рассмотрим теперь горение высоковлажного топлива. Будем с"нтать, что концентрация паров воды в потоке велика, что 191 4'. Нз+О, -~-2НзО. 3. С+СОз — «СО; 3'. С+2НзО -~ СО+ Нз; Примем, что приведенная пленка нзотермнчна, находится в стационарном состоянии, а парцнальные давления СО и Нз на внешней границе пленки равны нулю. В результате решения системы уравнений получим следующие выражения для парциальных давлений н потоков компонентов: Рзд 1+Уз ' + (Рзд + Рзь)1 Рьз = ! (0,5Мз Рзь — Рзд) ' 1+ ~з 2рзд + Рзд Рзз = 1+ 1Гз Рздйз — 2Рзд (2рзд+ Рзд) ~з "о лаз ызд = — — (Рзд + 0,5Рзд); Йт' 1+ Уз, 1 (7-46) 192 по реакции С+НзО=СО+Н, образуется большое количество водорода н оксида углерода и что кислород, диффунднрующий к углеродной частице, полностью расходуется в пределах приведенной пленки на реакцию с водородом и оксндом углерода, т.
е. кислород не достигает поверхности частицы, и она выгорает за счет восстановительных реакций С+СОз=2СО н С+ +НзО=СО+Нз. Как было показано раньше, в $7-4, константа скорости реакции 2Нз+Оз=2НзО при топочных температурах около 1500 К в 10з раз превышает константу скорости реакции 2СО+Оз=2СОз. На основании этого примем, что кислород расходуется только по реакции 4' (см. ниже) н не реагирует в пределах приведенной пленки с СО (СО догорает в потоке дымовых газов). Будем считать, что температурный уровень процесса достаточно высок н критерий Семенова Зе= = у"азИР)100, что позволяет применить для анализа процесса горения схему с двойным горящим слоем н бесконечно тонкой зоной горения водорода (см.
рнс. 7-7). Заменим реальные реакции гипотетическими, идущими без изменения объемов, что позволит резко упростить анализ, не внося прн этом больпюй погрешности: ар Из бзь = — Р ит 1+и, Из Озь= — Рзь+ (Рзь+О 6РЬЬ)1' Лт»+И, ~+Из, р 3" Оьо = — (Рдд+ 0,5Р,д); 1+ Из ар 2Из, О = — — ' (Р„+0,6Р„); '+ Из а Г Из Из' с Рзь + (Рзь+ Рзь) 3 ~+ з' Л у Решения уравнений показывают, что водяной пар нз потока газов не днффунднрует сквозь пограничную пленку н парцнальное давление водяных паров на участке Аз — Л остается постоЯнным, Равным давлению нх в потоке (Рзь,=рзд), т. е. Озь =О.
Образующийся в результате реакции 4' водяной пар нз зоны горения днффунднрует к частице н реагирует на ее поверхности по реакции 3'. Прн изменении в потоке парцнального давления кислорода нлн водяных паров зона горения будет перемещаться по толщине пограничной пленки. Прн уменьшении концентрации кислорода зона горения прнблнжается к внешней границе приведенной пленки (й|/й-+1) я прн рзд — — 0 водород нз пограничной пленки выходит в поток. Обратная картина наблюдается прн увеличении в потоке парцнального давления кислорода нлн прн уменьшении парцнального давления водяных паров.
В этом случае зона горения перемещается ближе к частице. Условие, прн котором кислород достигает поверхности частнцы, можно получить нз выражений (7-46) для рзз нлн а,/а: Рзд > О,без Рьд. (7-47) Прн Ьз/А=О процесс горения переходит от схемы с двойным горящим пограничным слоем к схеме с негорящим пограннчным слоем.
т 4. ИЯГОРящия НОгвдничнмя слОя Прн малых значениях критерия Семенова горением СО н Нз в пределах приведенной пленки можно пренебречь. Такой случай может иметь место прн горении мелких пылевых частнц в условиях умеренных температур 1200 — 1600 К, характерных для пылеугольных топок. Окснд углерода в этом случае выносится нз приведенной пленки н сгорает в газовом потоке. Расчеты показывают, что горение СО в пределах приведенной пленки можно не учитывать, если Зе(0,4. Это схема горения т зь зь змз 193 Рис, 7-8 Распределение парциальных дав лений и потоков компонентов у поверхности горящей углеродной частицы (схема негорящего пограничного слоя) l — кииетиееская область; 3 — яиффуаиоииая об.
1 пасть с негорящим пограничным слоем. Для нее расчетные формулы снльно упрощаются. Потоки компонентов сохраняются неизменными по всей толщине пограничного слоя: ба = бо. Распределение концентрацнй реагентов в приведенной пленке (предполагается, что пленка нзотермнчна н в ней отсутствует молярный перенос) для плоской задачи линейное (рнс. 7-8), Набор гнпотетнческнх реакций в этом случае будет следующим: 1. С+Оя-«СО,; 2. С+Оя-«СО; 3. С+СОо — «СО; 3'. С+2НяО- СО-(-Н,; 4'. Ня+Оо-«2Н,О. Водород, образующийся по реакции 3', реагирует с кислородом по реакции 4' на поверхности частицы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
