1598005868-03648c969f647e9d2289db563a03b78d (811236), страница 40
Текст из файла (страница 40)
к!С сСРс ! РС Р\о сст ь ! д сст д Аналогично для других потоков получим." ОаСЕ = — ' — Грао БЕ~ й БЕС вЂ” 'Рсо (яакйВЕС вЂ” БЕС й БЕС)~; басе = — — ~ресМ й Вес+ Рсе( 11! 1 Г ' Г Сса Вес й Бес+ ае — Рт д ~ за+да+за где Вес = ~/йарсЛЧВс . Прн температуре процесса ниже 1500 К можно пренебречь влиянием реакции С+СΠ— с.СО на горение внутри пор, что значительно упрощает формулы для потоков компонентов: басе = — Вес й Вес', ссс Рсо йт Д 0асо = —— Ос 1 Ь, Рао Вес й Вес,.
сст д ос+ «а басе = —— !с! 1 сса Ри Бес й8ес ° ят д ь+а, Величиной, количественно характеризующей внутреннее реагирование, является отношение граничного потока (внутрн частицы) одного нз газообразных компонентов, участвующих в реакции окисления, к суммарному потоку того же компонента. Наиболее удобной является оценка доли внутреннего реагирования по кислороду как наиболее активному компоненту. Для рассматриваемой неограниченной пластины толщиной 2Л доля внутреннего реагирования а,в 1 1 а,н+пм 1! ~)(а,+а,)д 1+ Рс Зес 1Ь Зес ()о у 11 — Рс) Зеас 1+ Рсд Зес1Ь Зес (с-53) "де Осе = — рсе (1 — пс) — поток кислорода, расходуемый ас + а, лт на поверхности (прннимается, что доля наружной поверхности, занятой углеродом, составляет 1 — сп).
Для сферической частицы дифференциальное уравнение внутренней диффузии кислорода [первое уравнение системы (7-52)) перепишется так: р ~рр, я ! ' р ! ч( ЯТ 1, агч Г дг Г' ЯТ Г Г(Гч ЯТ (7-54) где à — текущий радиус. Решение этого уравнения имеет вид '\ / Г Р,Г = А ехр (Бе! — ~+ В ехр ~ — Бе! — ~, ч ..Р где Гч — наружный радиус частицы; А и  — постоянные; Бе!= 1 (»!»)»,' — критерий Семенова для внутреннего р; ч реагирования кислорода в сферической частице. Постоянные А И В Найдутея С ПОМОЩЬЮ уСЛОВИй: Г=гч, Р!=РКН Г=О, Г((Р!Г') /ИГ = О.
После определения постоянных получим Г чь Зе!— Гч Гч Рч= Ры г чь Зе1 Используя это решение, можно аналогично случаю плоской пластины получить выражение для доли внутреннего реагирования кислорода в сферической частице 1 в.,— (! — т) зе~~ 1+ Якч (БЕГ С!Ь ЗЕС вЂ” Ц В данное выражение, как и в выражение (7-53), входят два безразмерных критерия подобия: Бе; и Р;Г„(илн Р;Л). В зависимости от их значений, а также от порозности меняется доля внутреннего реагирования. При высоких температурах значения Бе; могут быть большими даже для частиц малых размеров (из-за высоких значений й! и й2).
Для БеГ>40 имеем с()!Бе!=1 (и()! Бе!= 1). Тогда ро,ж 1 1+ (1 — Га) яч11РГГч) Значения Р; имеют порядок десятков тысяч (мз/мз), для мелких частиц они меньше (г"; зависит также от порозности т). Если для мелких частиц оказывается, что Р;Г,«(1 — Гп) Беь то Рот ж РГГ4(1 — Гп) БеГ) «!1. Таким образом, доля внутреннего реагирования в мелких частицах при высоких температурах будет небольшой. Напротив, в крупных частицах при данных условиях Рчгч сравнимо с (1 — т) Беь Если же окажется, что Рчг,»(1 — т) Беь то [)о ж1. Однако в реальных условиях доля внутреннего реагирования в крупных частицах при высоких температурах будет небольшой, так как процесс переходит в диффузионную область и кислород будет поглощаться (реагировать) на поверхности частицы.
При низких температурах значения Яег оказываются небольшими из-за невысоких значений й1 и Ат. Если Ьеу<0,55, то с(11 Бег — + — ' ° 1 Яе; Яег 3 Тогда 1 Ро,= 1 -1- 3 (1 — гл) Зег/Руге 00 0,4 0 000 000 ЮОО УОО ЭОО !000 ЖО 7000К Рис 7-9. Зависимость доли внутреннего реагирования от температуры для углеродных частиц различной порозностя (по данным В. В.
Померанцева) à — горение алентролного угля в слое, б Ш ' и. т 0.11 2 — г грсннс внтрввнта в слое. б 0,3.10 т и, т 0,011 3 — гаренес антрацита в бганслс. б 4 1О т и Рис. 7-10, Схема диффузионного горения вольного топлива к, толщина вольной оболочки; Ь— толщина пограничной пленки Если при этом частицы очень мелкие и Ргг„<3(1 — т)8е1, то Ро,-'Ргг„l(3(1 — лг) Ье1)сз, 1. Для крупных частиц Ргг, зр3(1— — лт) Бе1 и 1)о, ж 1. Из всех приведенных формул видно существенное влияние порозности.
Зависимость доли внутреннего реагирования от температуры для углеродных частиц разной порозности представлена на рис. 7-9. Приведенный анализ внутреннего реагирования справедлив в условиях негорящего пограничного слоя. При высоких температурах, а также когда концентрация Оз мала в сравнении с концентрацией СОз и НзО, нужно еще учитывать, что выгоранне углерода в порах может происходить в основном за счет реагирования с СОз и НзО.
На выгорание пылевых частиц (при грубом помоле) высоко- реакционных топлив — каменных и бурых углей, а также торфа — большое влияние оказывает диффузионное сопротивление, т. е. выгорание кислорода на поверхности относительно велико, и поэтому учет внутреннего реагирования не имеет болыпого значения. При слоевом сжигании крупнокускового 1,0 топлива процесс обычно протекает при высокой температуре (за исключением топок с кипящим слоем) и близок к диффузионному, поэтому с внутренним реагированием при горении в слое можно не считаться.
Оно сказывается при сравнительно невысоких температурах. Особенно сильна его роль при низко- температурном окислении. При учете внутреннего реагирования кислорода можно ввести приведенную константу скорости горения, суммарно учитывая как поверхностное, так и внутреннее реагирование: й„, =й,+й,+ — и,— ~ 1 ЙРд л„в Здесь считаем реальную частицу сферической и не учитываем объема пор, т. е. не вводим множителя 1 — т. При использовании решения уравнения (7-54) выражение для й,р принимает вид й р=й +й, + ~$ (За~с(ьЗе 1) ° Гч Прн больших Яеь когда с(п Бе~=1, йнр = йт+йь+В~ Зе~ гч ' = йт+йв+4РР1 (йт+ йа) . По мере повышения температуры сумма первых двух членов в этом выражении растет быстрее третьего члена, т.
е. кислород полностью расходуется на внешней поверхности. При средних температурах и больших Р~ окажется, что Й„,ж ~ГЁО,(й.~~). Е р д р д у у аррениусовой зависимостью с эффективной (видимой) энергией активации Е р й,р — — й,раехр ( — Еар!(ЙТЯ, то при рассматриваемых условиях и преобладании одной реакции, например С+Оз=СОм получим Еэ=Е~(Ъ. Напротив, при высоких температурах Е.р=Еь Если же значения Бе; невелики, то, используя приведенное выше разложение с1п Беь получим 4„тйд+й,+В~г,' Яви=(йт+й,) (1+Рсг,). Теперь, если протекает одна упомянутая выше реакция, при всех температурах Е,э= Еь Изменение видимой энергии активации в соответствующих условиях учитывается при обработке опытных данных по горению топливных частиц с внутренним реагированием. Для топлив, обладающих высокой вольностью (сланец, некоторые угли), явления, связанные с внутренней диффузией, могут иметь место даже при высокотемпературном процессе.
Зольная оболочка, нарастающая в процессе горения, является причиной дополнительного сопротивления диффузии (рис. 7-10). В простейших предположениях квазистационарная задача может быть поставлена следующим образом. Предположим, р что процесс горения протекает в диффузионной области, причем ) внешнее диффузионное сопротивление мало по сравнению с диффузионным сопротивлением зольной оболочки.
Тогда концентрация кислорода на внешней границе вольной оболочки совпадет с концентрацией в газовом объеме (р„„=р,д ), а концентрация О, на поверхности горящего массива (внутренняя граница вольной оболочки) будет равна нулю. ! Диффузионный поток кислорода в этих условиях шь здесь 0; — коэффициент внутренней диффузии сквозь вольную оболочку; х. — толщина оболочки. С другой стороны, если считать процесс квазистационарным и идущим при горении до СОт (для простоты не учитываем реакцию 2), то поток кислорода определится количеством выгоревшего углерода б» = рсйх„/Йт; сопоставляя выражения потоков, приходим к уравнению нквл В~ Р!д О ж кт р... В начале процесса при т=О х,„=О и решение уравнения будет иметь внд (нарастание зольной оболочки): хОш1ь Хэл= ~~/' т 'Ч астро Скорость выгорания углерода при этом будет / 0~Р арс Ч 2КТт Из формулы видно, что в данном случае скорость выгорания углерода изменяется с течением времени обратно пропорционально ч/т из-за нарастания вольной оболочки.
В ряде работ горение зольного топлива рассмотрено более подробно с учетом кинетического сопротивления и нестационарности процесса. Имеются опытные данные, подтверждающие наличие вольной оболочки при горении высокозольных топлив, она зафиксирована с помощью микрофотосъемки. При размоле угля значительная масса внешней золы и частично внутренней, расположенной в топливе в виде зерен разных размеров, отделяется от угля.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
