1598005868-03648c969f647e9d2289db563a03b78d (811236), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Если отделение золы не произошло полностью, то при горении угля возможны два случая: Е Температура горящей частицы достаточно высока, и зола на ее поверхности расплавляется и собирается в виде отдельных капель. В этом случае доля реакционной поверхности, занятой вольными каплями, невелика и они практически не затрудняют доступа кислорода к горящей углеродной поверхности. Несмачиваемость углеродной поверхности каплями золы может привести к срыву капель с поверхности и очистке ее. 2. Температура горящей частицы меньше температуры плавления золы. По мере выгорания частицы на ней может образоваться пористая вольная оболочка, которая постепенно нарастает, затрудняя диффузию кислорода к поверхности.
В этом случае ее необходимо учитывать, как было показано выше. Расчеты показывают, что даже при внутренней зольности топлива 30 — 35 % и выгорании частицы до 50 % скорость выгорания частицы уменьшается всего на 10 — 12 о7е без учета разрушения эоловой пленки. Таким образом, при сжигании натуральных топлив с умеренной вольностью влияние зольности на горение можно не учитывать. Г-Е. ВЫГОРАНИЕ УГЛЕРОЛНОЙ ЧАСТИЦЫ В УСЛОВИЯХ ТОПОЧНОГО ПРОЦЕССА Используя данные анализа выгорания углерода кокса, изложенные в предыдущих параграфах этой главы, можно вывести основные критерии и соотношения для расчета сгорания частицы в условиях топочного процесса.
Вопрос о температуре горящих коксовых частиц имеет большое значение при определении области горения и, следовательно, методик расчета. Весьма обширные и подробные опыты по определению температуры горящих коксовых частиц были проведены В. И. Вабием и И. П. Ивановой.
В ходе этих исследований температура газовой среды варьировалась от 1200 до 1800 К, концентрация кислорода — от 21 до 5 %, а диаметр частиц в от 0,1 до 1 мм. На рнс, 7-11 представлены данные этих 2200 7БОО 2000 7ЕОО о то гро хго +ОО мкм 7ВОО 7БОО 7600 7400 7ЕОО 0 00 700 гаа 320 400 нкм О Оо тбо гра Ого 400 мим Рис. 7-11. Температура горяптих коксовых частиц в аависимости от их равмера и от концентрации кислорода в продуктах сгорания при Та=1400 К вЂ” рвсчатиая кривая С.
В. Букыана; — — — расчвтвая кривая И. П. Ивановоа и В. И. звоня: Х вЂ” оаытныч точки 1Ь П. Ивановой в В И. Бабин опытов, из которых видно, что максимальное превышение температуры частицы над температурой потока составляет примерно 600 К. С уменьшением концентрации кислорода температура частицы понижается и при содержании О~ в дымовых газах около 5 Ов превышает температуру газов лишь па 100 К.
На основании опытных данных В. И. Бабнем и И. П. Ивановой предложена зависимость ЬТ=0,206(1900 — Тг)кмб кмСо д (7-55) где АТ вЂ” превышение температуры частицы над температурой газового потока, К; ҄— температура газов, К; б — диаметр частицы,мм; Со, — концентрация 02, '/а. Аналогичные результаты получены в работах С. В. Бухмана, что позволяет использовать эту приближенную зависимость для расчетов. При невысоких концентрациях кислорода и сравнительно крупных частицах можно без большой погрешности пренебрегать разностью температуры ЬТ. Если известны размеры частицы, давление и температурные условия процесса, а также состав среды, в которой происходит выгоранне, то на основе этих исходных данных можно определить кинетические константы (см.
$ 7-2) и условия массообмена. Прн определении коэффициента материального обмена ап необходимо вначале найти скорость витания частиц илн относительную скорость частиц в потоке (см. з 2-2). Коэффициент материального обмена можно найти по зависимости Хи=1(це, Рг) (см.
гл. 3). Для частиц, витающих в потоке, наиболее удобной является формула А. П. Сокольского и Ф. А. Тимофеевой (3-25). Для сильно турбулизированиых потоков и для слоеных процессов можно использовать приближенную зависимость г)п= 0,1 Ке. С достаточной точностью можно считать, что при А(1+Уз(0,1 процесс горения идет в кинетической области, и в этом случае можно пренебрегать диффузионным сопротивлением. Прн развитом высокотемпературном горении и увеличении Размеров углеродных частиц все большее значение приобретает диффузионное сопротивление процесса. При М1+Мз)10 можно пренебрегать кинетическим сопротивлением и считать, что процесс идет в диффузионной области.
Как показано выше, расчетные выражения, кроме того, меняются в зависимости от схемы процесса. Если Бе(0,4, то выгорание протекает по схеме с негорящим пограничным слоем. При 0,4(Бе(2 имеет место горящий пограничный слой, а при 1 '1 — + — (0,5 начинается переход к схеме с двойным горящим ве 2у, пограничным слоем. На рис. 7-12 представлены условные расчетные области горения частиц древесного угля в координатах размер частицы— температура процесса. Константы скорости взаимодействия угля 205 70 7О' Уаа 7РПО аЮ Л772 7Г Рис 7-!2 Расчстиыс области процесса горения частиц дренеспого угля (беа учета водяных паров) à — верхняя граница ияистачссяоа области гореиея, а — нилгггяя граница горягцего по- граии шого слоя.,3 — иях<ияя грооица лггбгбгггаояиоа области гареиия с кислородом н горения СО 7тг —:7тл определяются выражениями (в м/с): Й,= доехр~ — "' (1 — — ')~; йа = йо ех Р ~ — (1 — )] ° Значения прочих констант: зо4 = 7 ° 104 с-', Е4 —— г 96300 кДж7кмоль; координаты полюса Йоая!00 мыс и Т*= =2600 К, взяты из 5 7-3.
Как видно из рисунка, горение частиц древесного угля менее 0,5 10-а м протекает в области негорящего пограничного слоя практически во всем интервале топочных температур (если не учитывать реакций «мокрой» газификации). При принятых кинетических характеристиках факельное горение частиц с б~ К0,5 ° 10-а м и Т„( 1800 К будет соответствовать кинетической и промежуточной областям и протекать по схеме с негорящим пограничным слоем. Горение же частиц размером свыше (1 — 6) 1О-а м, с которым приходится сталкиваться при слоеном сжигании топлива, происходит по схеме с горящим пограничным слоем (Бе)0,4).
Переход в эту область для различных топоч- ных устройств (обычные слоеные противоточные топки и слоеные топки скоростного горения) наступает при разной температуре вследствие неодинаковой интенсивности материального обмена в слое. Если определена область выгорания углеродной частицы, то можно перейти к расчету времени ее сгорания (при известной температуре, концентрации кислорода и в общем случае других реагирующих газов ', ислользуя зависимости (7-10) или (7-11).
Обычно вычисление интеграла в (7-11) представляет собой довольно трудную математическую задачу, вследствие сложности зависимости Ос(6). Если известна область процесса горения, то найти эту зависимость можно, воспользовавшись формулами, приведенными в предыдущих параграфах. В кинетической области горения (У~+Ух(0,1)бс не зависит от размера частиц и выражение (7-11) легко интегрируется, В диффузионной области горения (У1+Уа)10)ос-115, что также позволяет проинтегрировать выражение (7-11). Наиболее сложной для расчета времени выгорания является промежуточная область горения (0,1(У,+Ух~!0), в которой Ос=1(б).
В этом случае можно решить интеграл (7-11) двумя путями: либо численно, либо заменой функции бс(Ь) простой аппроксимирующей зависимостью ~с = А(б" > (7-56) где А — некоторый коэффициент; и — показатель степени, л= = 0 —;1. После этого можно найти или время полного выгорания коксовой частицы или изменение ее размеров за определенный промежуток времени. Например, для кинетической области гореао л л ння, когда апв й,можно записатьбс — —— Рга = — Рга КТ ао+ а КТ (предполагаем, что протекает одна реакция С+От =СОе н в=й~).
Считая постоянными плотность и температуру частицы, константу скорости реакции, парциальное давление кислорода, можно взять интеграл в выражении (7-11). а Ь 2Мс ) Ос 2Мс ) Зрга 2Мс Ирга а. 6ю (7-57) Таким образом, время горения при рассматриваемых условиях пропорционально размеру частицы в первой степени.
' В более сложнмх расчетах гореннн в пмлеугольном факеле н слое (см. гл. 9 н 10) прнннмаетса во вннманне переменность концентрацнн кнслорода н температурм. Для диффузионной области горения, когда ао~(я, можно '; записать ао й ао /7Т а +й /)Т Выразим ао через Хио(ао=Хно)'.)/б); тогда )ч)по П ПТ5 * Считая, как и для кинетической области, постоянными рю 1 Т, я и р1а возьмем интеграл в выражении (7-11): ь 1 1 1 Рч)ч~~ (б ! Рч/ч Т (бет бт) (7 бй) 2й(с,) )чпо/урзд 4Мс г)по РР1 а а, т. е. время горения частицы в диффузионной области пропор- ционально размеру частицы в квадрате.
У-Р. ПРИМЕРЫ Пример 7-1. Рассчитать изменение температуры сухой частицы бурого угля, попавшей в поток дымовых газов с температурой Т,=1600 К. Размер частицы 5=2 ° 1О ' м; начальная температура То=400 К; плотность частицы рч 1200 кг/ма. Р е ш е н и е. Так как частица относительно невелика, примем Ып 2 (теплоемкость частицы сч определим по формуле (7-5) для разных температур частицы в диапазоне 400 — !600 К). Тогда спустя т=001 с (0278 ° 10-' ч) частица будет иметь температуру (см. формулу (7-3)) Т, = 1600 — (1600 — 400) ехр ( — ' 0,278 1О-з) = 687 К; б 2.0,486 1200 (2 !О ч)з спустя т 004 с 1,112 10-' ч будет Т, 1!91 К; » т=008 с 2,224 10 ' ч» Те=1450 К; » т=0,12 с=3,336 10 ' ч» Т,=!541 К Пример 7-2.
Рассчитать изменение температуры древесной частицы во времени с интервалом 0,4 с при следующих условиях: сухая частица с б= 0,86 10-з и и То 373 К попадает в среду с температурой 1353 К; время прогрева 2,4 с; р, 280 кг/и'. Решение. Температуру частицы в любой момент времени можно рассчитать по зависимости (7-3). Для этого нужно знать )ч)п; сч! Хь По таблице определяем Х». Теплоемкость частицы рассчитаем по зависимости (7-5) для каждого интервала температур. Для расчета критериев К! и Бсь воспользуемся соответствующими зависимостями главы 2: 4 9,81 (280 — 1,293 ) 5,68. 3 (206 !О а)з ! 293 1353 К! =0,85.10 По формуле (2.12) (так как К1(85) находим Бои=0,25.
Отсюда скорость витания из выражения для критерия Шиллера 3,0.1,293. 1373 — 0,372 м/с ° 4 9,81.206,10-«. (280 1 293. ) 273» 1373 шв = О 25 юзб 0,372 0,85 1О-з Критерий Де — ' ' ' — 1,534. ч Мб. 1О-з Критерий 5!и определим по зависимости (3-25): 5!и =2+0,16 1,534з'з=2,21. Подставляя полученные величины в формулу (7-3) и беря соответствующие временные интервалы, получим следующие температуры: 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 940 1!!О 1120 !250 1290 1310 т, с Т„К Пример 7-3.
Определить область горения частицы антрацита в топке при температуре 1400 К, если известно, что размеры частицы 6=5 10-»; 10 ' и 10-з и. Р е ш е и и е. Согласно табл. 7-4 энергия активации антрацита Ез= 140 !О' кДж/кмоль. По формуле (7-16) получим йы=6,5 10' м/с. Тогда, используя зависимость Аррениуса, найдем, что при Т«= 1400 К константа скорости будет: 3~=0424 м/с; при Ез= 1,1 Е~ 154 1О' кДж/кмоль и й«з = 1,3 10' и/с константа скорости й«=0,23 м/с. Для реакции догораиия СО можно использовать следующие кинетические характеристики: Е»=963 1О' кДж/кмоль; йа«7,05 1Оз с-' Тогда да= -19 1Оз с-'. Для малых частиц 5 ° 1О-» и 10 — ' м, скорость витания которых невелика, можно считать 5!и 2 (в условиях прямоточного факела). Отсюда по=2/)/Ь. Для Т 1400КРОв нз соаш2,8 10-' мв/с (длядиффузин кислорода в много.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
