1598005868-03648c969f647e9d2289db563a03b78d (811236), страница 42
Текст из файла (страница 42)
компонентной смеси отличие от этого значения в наших условиях будет небольшим). Тогда для частицы 5=5.10 — ' и получим ап=2 2,8.10-«/(5 1О-э) = =11,2м/с, адля б 1О-' пап=2 2,8 10-«/10-«=5,6м/с. Кинетической области соответствует №+№<0,1.
В наших условиях для б 5 1О-» м имеем йь/ао+йз/по=0424/11,2+023/11,2~«0058 и для 6=10 «м №+И» 0,117, т. е. процесс горения первой частицы протекает в кинетической области, а второй частицм вблизи границы кинетической н промежуточной областей. Оценим влияние 4-й реакции (реакции догораиия СО у поверхности частицы). Так как ()со-оз 3.10-' мз/с, то для 6 5 ° 1О-' м Зе= = Ч/1900 3 1О-«/112 ш007(«04, а для 6=10-' и Зе 014<04, т.
е. имеем негорящий пограничный слой. Для более крупной частицы 6 10-з м скорость витания в наших условиях можно найти, используя зависимости главы 2: получим У//»вэ2,7 м/с. Тогда Ее=27 10-»/(2.10-') яз13; Мп 2+0,!6 меч~ 2,86. В этих условиях ап = 2,86 2,8 10-з/10-з 0,8 и/с; (й~+/м)/ав (0,424+0,23)/0,8 0,8, т. е. имеем промежуточную область, в которой диффузия и кийетнка практически Равноценно определяют выгорание. Определим схему выгорания. Для этого ( „,» «,й и -«зз«а.в-кг ~; „„,,в„,, „...у с «горящим» пограничным слоем.
Пример 7.4. Определить парцнальиое давление кислорода у поверхности горящей частицы (антрацит) с 6=10-' м, находящейся в топке при температуре !400 К. Оценить расход кислорода или углерода в первый период, когда еше ие произошло существенного изменения размеров частицы. Парциальиое давление кислорода в объеме составляет 1О кПа, так же как н углекислоты. Р е ш е и и е. Будем использовать те же кинетические характеристики, что н в примере 7.3. Тогда при заданных условиях де=0424 м/с; Ьэ-023 м/с; Аз=5 1Π— ь м/с. Коэффициенты диффузии Поз на=2,8 !О е ма/с; !!сс м =2,2 1О-е мэ/с; Как было показано в примере 7-3, мы имеем но~5,6 м/с и соответственна № 0076; Уэ 004! и Уз=09 !Π— ', т. е.
негорящий пограничный слой; тогда, воспользовавшись выражением (7-48) при роз=О, определим ры=10/(!+0076+0041) яэ86 кПа, т. е. поверхностная концентрация отличается от объемной при заданных условиях процесса только на 14 о/е. Для потока кислорода или скорости выгорания углерода в этих условиях (кинетическая область и негорящий пограничный слой) можно воспользоваться зависимостью (7-50): ()с— ( 10 [0,076 (1 + 2 Х 8,3!4 1400 (1+0,9 !О е)(1+0,07Б+ 0,04!) Х О 9 !О е) + 2 О 041 (1 + О 9 !О е)] + 10 О 9.
10 е (1+ О 076 + О 041)) = =6,8! 10-е =681 ° 1О-е !2 — =8,17 1О-зкг/(мэ с). кмоль кг м'с м'с Пример 7-6, Оценить (приближенно) время выгораиня частицы антрацитового кокса при температуре 1400 К. Известно, что горение происходит в топочной среде и средние парциальные давления газовых компонентов р~ь= =раб= !О кПа.
Начальный размер частицы бе= !О-ь м. Р е ш е и и е. Для определения времени выгораиия частицы воспользуемся выражением (7-1!). В предыдущей задаче было показано, что при наших условиях мы имеем кинетическую область и негорящий пограннчиый слой, т. е. для определения бо можно использовать формулу (7-50). Для мелкой частицы, как показано в примере 7-3, если По<1, то Нп 2 Отсюда по=20/б, т. ц ао будет возрастать с уменьшением размеров частицы. Для заданных условий №=0076; Уз=0041 и Уз=09.!О-ь, причем эти к итерии будут уменьшаться по мере выгорания. Тогда, учитывая, что №, и У, будут много меньше 1, можно упростить выражение (7-50): Ос= — (рхь(2Уэ+Уз)+Уэрэь]! кроме того, если учесть, что Уз цУ, я ар ПТ УзчСУэ н что по мере выгорания процесс все глубже будет переходить в кинетическую область, то Ос= от+ 2йз рть, т.е.
поток углерода не зависит йТ от размеров частицы, а является только функцией температуры и парцнального давления кислорода в объеме. При этом время выгорания после интегрирования будет т=р,АБм где йТ 8,314 1400 2МСрзл (йт + 2йэ) 2. 12 !О (0,424 + 2. 0,23) ъ = !300 54,9 10-е = 7,1 с. Пример 7-6. Рассмотреть условия выгорания коксовых частиц фрезерного торфа диаметром 5 10-' и 1О-' м в конечной части прямоточного факела. Парциальные давления компонентов в потоке равны: кислорода рть=6 кПа; углекислоты рэь=10 кПа;-водяных паров р,ь=20 кПа. Определить парциальиые давления компонентов на поверхности частицы и поверхностную скорость горения при температуре в топке 1400 К.
Р е ш е н и е. Энергию активации реакции С+От- СО, примем по табл. 7-4: Ее=83600 кДж/кмоль. По формуле (7-16) находим лес !й йех = 0,2 1О-е 83 600+ 2 = 3,675; йю = 4.73 ! Оз м/с. По зависимости Аррениуса определяем константу скорости укаэанной реакции при Т= 1400 К: й, = 4,73 !Озе азооодз,з!е иао! 4,13 м/с. 710 Считая, что Ее=1,!Ем Ее=2,2Еь а Еа.=1,6Е, (см, стр. !78), аналогично находим константы скоростей остальных реакций: да=3,8 и/с; Лз= =0,155 м/с; Лз — — 0,89 м/с. Для реакции горения Из+От можно использовать следующие кинетические характеристики (см.
табл. 6-1); Ем = = 130000 кДж/кмолгн Ащ, —— 2,137 1Оы с т!тогда йч — — 5,63 1Ое с-ц Для частицы с бе=5 10-з и можно принять Хи=2. Так как частица 1Π— ' и достаточно крупная, то для нее Хпчьй. Для определении Хн воспользуемся зависимостью Сокольского и Тимофеевой (3-25). Используя зависимости гл. 2, по критериям К! н Зсп находим скорость витания данной частицы ш, =2,49 м/с, а затем критерий Рейиольдса Де=249 ° 10-е/(220 ° 1О-е)=11,3. Тогда Хи=2+О,16 11,3т/з 2,81. Коэффициент диффузии рассчятывается по зависимости Р = /)е(Т/Те)в! принимая/)[=0,149.10 а ма/с, а и=175, получаем/)=0,149 1(Ге(1400/273)! та= =2,72 1О- м*/с. Тогда для частицы 6=5.10-' м получим ар =2 2,72 Х к!О е/(5 1О а)=10,86 м/с, а для частицы 10-з м гав = 2,81 2,72 10 ч/!О = 0,76 м/с; йг! = /ц/сер. Дли частиц заданных размеров имеем: 6, м .......
й/г й/а й/в й/з' й/г + й/е 1О-з ....... 5,42 5,0 0,204 1,07 10,42 5 10-а . .. .. . 0,379 0,35 0,0142 0,075 0,73 Расчет парцнальяых давлений н потоков компонентов для частиц диаметром 5 10 †' м необходимо проводить по схеме с негорящим пограничным слоем, так как 058/з,раа(рте; 0,5.0075 20<6, а длн частяц диаметром 10-з и — по схеме с горящим пограничным слоем, так как 0,5 1,07 20)6. В первом случае кислород достигает поверхности частицы и Ь|//! О. Поток углерода согласно (7-50) будет Ос— [6 [0,379 (1+ 2 0,0142)+ 8,314.
1400 (1 + О, 0142) (1 + 0,379 + 0,35) + 2.0 35(1+ 0 0142)]+ 10 00142(1+ 0379+О 35)+ 20 О 075(1+ 0 5 Х Х 0 379 + 0.0142) = 4.602'10 а =4 602 1О а 12— ме.с ма с = 5,52.10 и'с Парциальиое давление компонентов на поверхности частицы вычисляем по формулам (7-48) и (7-49): 6 — 0,5 0,075.20 3 04 П 1 + 0,379 + 0,35 ры = ~10+ ' (6 — 0,5.0,075 20)~ = 11 кПа; 1 г 0,379 1 + 0,0142 1. 1 + 0.379 + 0 35 [1О 0 0142(1 + 0,379 + 0,35) + 1 (1 + 0,0142) (! + 0,379 + 0,35) + 6 [0,35 (! + 0,0142) + 0,379 0,0142] + 0,5 20 0,075 (1 + 0„379 + 0,35) ) = = 2,11 кПа.
Время выгорання частицы 5 1О ' и можно рассчитать, воспользовавшись упрощениями, приведенными в примере 7-5 (р, 1200 кг/м]): 8,314.1400 5 1О з т=рчАбе=1200 ' =0,413 с 2 12.6(4,13+3,8 2) пли более точно по формуле (7-11) Робо 1200 5 10 о = 1 09 бс 5,52 1О Во втором случае (для частицы 1Π— ' и) кислород не достигает поверхности частицы н выгорание ее целиком определяется восстановительными реакциями. Поток углерода по формуле (7-46) будет бс = О 76/(8 314 1400) (О 204 10/(1 + О 204) + 1,07. (6+ О 5 20) !/(1 + 1,07)) = 0,651 ° !О-' кмоль/мо с = 0,78 1О-о кг/(мо с), Парцнальные давления компонентов на поверхности частицы 1О о м н относительное положение зоны горения водорода по толщине пограничной пленки вычисляем по формулам (7-46).
р,о = 10/(1+ 0,204) =. 8,3! кПа; роо = 0,204. 10/(1 + 0 204) + 1,07 (6 + 0,5 20)/(1 + 1,07) = 9,96 кПа; роо = (1,07 0,5 20 — 6)/(1 + 1,07) = 2,27 кПа; роо = (2 6+ 20)/(1+ 1,07) =!5,46 кПа; бх 20.1,07 — 2 6 б (2 6+ 20) 1,07 Расчет полного времени выгорання такой частицы затруднен, так как бс является довольно сложной функцией размера частицы, поэтому пронитегрн овать уравнение (7-!1) не удается. И олное время выгорания коксовой частицы фрезерного торфа диаметром 1О-' м, рассчитанное прн помощи численного интегрирования, оказалось более 10 с.
Таким образом, крупные частицы в конечной части пылеугольного факела почти ие выгорают, поскольку время пребмвання нх в этой зоне топочной камеры котла составляет 1 — 2 с. К данной главе рекомендуется литература (6, 8, 16, 18, 19, 37, 39, 42, 44, 50, 51, 56, 57, 61, 65, 66, 67). ГЛАВА ВОСЬМАЯ ДИНАМИКА ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ И РОЛЬ ЛЕТУЧИХ В ПРОЦЕССЕ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В-4. ДИНАМИКА ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКОЙ МАССЫ ТВЕРДЫХ ПРИРОДНЫХ ТОПЛИВ Как уже указывалось в главах 1 и 7, основной особенностью твердого природного топлива является способность его при нагревании выделять продукты термического разложения органической массы (летучие). Эта способность используется на практике: термическое разложение многих твердых топлив, таких как коксующнеся угли, сланец, торф, бурые угли и другие, позволяет извлечь нз топлива в значительных количествах ценные химические вещества: смолы, кислоты, высококалорийные газы (содержащие в больших количествах Нз, СН„С„Н ) и пр.; этн 212 Таблица 8-1 Состав продуктов термического разложении топлнв Вывод продуктов вермолава.
и нв горючую массу Конечнаа температура термолмаа, к Зольность. А.м Топливо Вода равложе- нни Кис- лата Смолы Гвв 27,2 27,5 2,8 6,0 14,0 16,0 22,5 870 870 1,0 1,0 Древесияа хвойная Древесина березовая Торф местороигдення: Синявино Сфагновые болота Парнасово Дукора Уголь: бурый подмосковный бурый украинский бурый черемховский Жирный; длинно-пламенный: газовый Тощий; полу- антрацит Сланец пстонскнй 25,2 20,8 22,3 26,5 20,5 24,7 21,1 !9,2 9,2 20,2 8,9 14,! 820 820 820 820 10,0 8,0 11,0 11,0 0,9 1,1 12,8 820 18,0 30,0 26,0 14,3 15,6 30,0 10,1 24,8 5,3 25,0 14 — 18 3,5 — 6,0 1Π— 20 20 — 24 870 10 — 14 15 — 20 870 2,8 15,6 63,5 40,0а 870 " Без углекислоты карбонатов.
ющий собой выход того или иного продукта термолиза в зависимости от температуры при достаточно длительной выдержке навески топлива в бескислородной среде на заданном температурном уровне (обычно при давлении, близком к атмосферному). На графиках (рис. 8-1) показан квазистатнческий выход летучих прн термическом разложении торфа, Аналогичные данные о квазнстатическом выходе продуктов термолиза практически имеются для всех топлив (начиная от древесины и кончая антрацитом).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
