1598005868-03648c969f647e9d2289db563a03b78d (811236), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Выход летучих во времени можно определить, зная интен- сивность выделения летучих из топлива в зависимости от темпе- ратуры и времени, для чего следует пользоваться аналитиче- скими выражениями и данными по кинетнке термического раз- ложения топлив, приведенными в $8-1, зо л2У где (1,— расход летучих, моль/с; р — текущий радиус пограничной пленки, м; С,— концентрация летучих, моль/м', ш — скорость молярного переноса, и/с. Для расхода окислителя также можно записать: моль кг 12 ВВ В 46 4 26 О В аг о 66 ВВ гр 72 74 с Рис.
8-10. Зависимость суммарного выхода летучих от времени (5,=10-е м, температура частицы 1! 00 К) Сплошная лвння — в процентах сухой масси исходного топлнва; штриховая — в молях на яг всходного топлива Рассмотрим обстановку, которая будет складываться при воспламенении частицы торфа размером 0,=0,1 ° 10-' м при температуре среды 1100 К. Учитывая небольшой размер частицы и относительно невысокую температуру среды, можно считать, что процесс термического разложения происходит в изотермических условиях (т. е.
выходом летучих за время прогрева частицы до температуры, близкой к температуре среды, можно пренебречь). Для простоты воспользуемся однокомпонентной схемой расчета процесса термолиза. Из табл. 8-2 принимаем Е=38,52 МДж/моль; Йо=83,3 с-'. Согласно выражению (8-2) при температуре 1100 К константа скорости процесса термолиза 1=1,24 с-'.
По выражению (8-3) (при лов 1, Уп =-0,725) определяем суммарный выход летучих во времени (рис. 8-10). Эти данные уже могут служить основой для определения расхода Таблица В-б Квавистатический выход летучих нп торфа, гггкг м эйе 'Температура, К Соедяненпе 476 626 мо 670 676 уп 77О Вода разложения Кислота Смола СО СО, !8 60 112 157 170 !80 189 60 !!О 28 44 28 16 2 9 25 1,5 56 0,4 2,0 13 32 2,0 76 0,6 2,5 16 38 2,5 91 0,9 2,9 !8 4,0 102 1,2 3,2 0,05 18 45 7,0 110 2,8 0,4 !8 12,0 116 3,8 6,0 0,8 18 18,0 120 4,0 7,5 1,6 5 !О 1,0 32 0,3 1,5 н 428,1 109,8 205,9 308,3 340,45 367,8 395,6 Всего 228 летучих; однако при непосредственном переходе к расходу летучих получаем его в г/с, тогда как вычисления по формуле (8-13) и последующий анализ требуют знания расхода в моль/с, а для этого необходимо знать состав выделившихся летучих.
Для определения состава летучих воспользуемся данными о квазистатическом выходе (см. рнс. 8-1), так же, как это сделано ниже, в примере 8-4. Квазнстатическнй выход летучих из торфа в граммах на килограмм сухого топлива приведен в табл. 8-5. Молекулярная масса смолы принята по формуле С8Н4(ОН) ь Следует отметить, что в связи с небольшим числом молей смолы Тайлиаи 8.6 Квазиетатичесииа выход летучих вз торфа, моль/ит Температура. К Соединение 7,28 0,22 0,29 0.07 1,73 0,02 0,16 8,72 0,27 0,35 О,ОЗ 2,07 0,03 0,18 11,40 0,30 0,49 0,64 0,15 0,47 0,80 6,23 0,15 0,23 0,05 1,27 0,015 0,12 Вода разложении Кислота Смола СО СО~ СНа Н З,ЗЗ 0,08 0,09 0,04 0,73 0,01 0,09 9,45 0,30 0,38 О,!4 2,32 0,04 0,20 0,02 10,00 0,30 0,41 0,25 2,50 0,10 0,29 0,20 ! 0,50 0,30 0,45 0,43 0.14 0,38 0,40 12,85 14,05 15,24 16,97 Всего 806 977 11,71 4,37 о-о,1 8,1 — ол р а — ол о,з-о,а ол-ол о.з — о.а Ь,в — о.т то зо 84 зо 18 18 18 Ьт.
с....,, ал'. ' не/1,',.',! в смеси летучих неточность яри выборе молекулярной массы не скажется существенно на результатах расчета. Квазнстатическнй выход летучих в молях на кг сухого торфа приведен в табл, 8-6. Далее пересчет производится следующим образом: например, по данным расчета выхода летучих во времени (рис. 8-10) для нашего случая суммарный выход летучих через 0,15 с составляет приблизительно 11 18 (11О г/кг); этот выход соответствует условной температуре примерно 470К (табл. 8-5) и, следовательно, суммарному выходу 4,37 моль/кг (табл. 8-6). Аналогично через 0,6 с выход летучих в процентах сухой массы составляет примерно 37 888, условная температура около 720 К и выход летучих 14,05 моль/кг.
Результаты пересчета приведены на графике 8-10. Воспользовавшись этими данными, можно определить средний секундный расход летучих для нашего конкретного примера (Т,о=1100 К) на любом промежутке времени Лт: Теперь по уравнению (8-13) можно рассчитывать поля концентраций в пограничном слое в любой момент времени. Следует только иметь в виду, что секундный расход летучих вычислен на 1 кг сухого торфа, поэтому для конкретной задачи дальнейшие расчеты следует проводить по формуле 0 а с„— с„0,„7 ~ ! (8-14) Сра 31тСее гт Здесь и далее г,— радиус частицы; у — плотность топлива (принята 1400 кг/м'); ф— концентрация у поверхности частицы; С,р — концентрация в середине пограничного слоя; начальная концентрация окислителя Со,=44,7 ° 273/1100= =11,1 моль/м', коэффициент диффузии 0=1,15 10 е м'/с (не- Таблица 8-7 Расчет цонцентрацнв а пограничном слое (В, = 0,1 !О-а) м Време, с Концен.
трацнн, моль'ма 0 †0 Р— 0,5 0.5-0 а 0,0 — ал О,!О 0,01 0,09 0,0! О,!7 0,03 0,17 0,03 О,!3 0,02 0,09 0,01 С„ Сер 0,09 0,01 230 стационарностью процесса диффузии в начальный период времени пренебрегаем); 6,00=0,05 ° 10-0 м. Результаты расчета приведены в табл. 8-7. Уточнение радиуса пограничной пленки гг не внесет существенного изменения в полученные результаты, которые убедительно показывают, что при воспламенении единичной частицы малого размера летучие практически не принимают участия в процессе, так как концентрации их в пограничном слое крайне низки.
Даже полное сгорание летучих в пограничном слое при их максимальных концентрациях и удельной теплоте сгорания в данном случае (6,=0,1 ° 10-5 м, Т,р — — 1100 К) приведеткповышению температуры по сравнению с температурой среды всего на 50 — 60 К. Следует подчеркнуть, что рассматривалось воспламенение единичной частицы, когда избыток воздуха равен бесконечности. Результаты расчета также показывают, что при воспламенении частицы небольшого размера концентрация окислителя на ее поверхности ие намного отличается от концентрации окислителя в среде.
Этот вывод сохраняется н для совокупности мелких частиц (факела). Летучими насыщается не только пограничный слой около частиц, но и весь пылевоздушный поток. Таким образом, при воспламенении и на начальных стадиях горения мел* кой частицы или факела, состоящего нз частиц небольшого размера (что, как правило, имеет место в пылеугольных топках), кокс может принимать участие в процессе окисления. Существенно иначе обстоит дело с воспламенением частиц более крупного размера.
Рассмотрение формулы (8-14) показывает, что при одном и том же секундном расходе летучих величина 1п " " возрастает приблизительно пропорционально Свв квадрату радиуса частицы. Поэтому при увеличении размера частицы концентрации летучих в пограничном слое резко возрастают. Рассмотрим процесс воспламенения частицы размером б,= =1 ° 10-а м при попадании ее в среду с температурой 1100 К. Расчет показывает, что средняя скорость нарастания температуры частицы в этих условиях составляет приблизительно 490 К/с (неравномерностью нагрева по толщине частицы пренебрегаем), В этом случае время прогрева частицы до температуры, близкой к температуре среды, сопоставимо с временем, необходимым на практическое завершение процесса термолиза, и суммарный выход летучих во времени следует определять по формуле (8-4).
Результаты расчета по однокомпонентной схеме в предположении, что Е=З862 МДж/моль, йо=83,3 с-', а Уе= =0,725, представлены на рис. 8-11. Так же как и в предыдущем случае, имея зависимость суммарного м~ме выхода летучих во времени и данные ыу квазистатического состава (табл. 8-6), можно вычислить секундный расход летучих в моль/(кг с) к заданному уб у' од 1000 80 бб 000 200 0 йй 40 12 уб 20с Рис.
8-11. Зависимость суммарного выхода летучих от времеви (б»= 10-' м, температура средм 1100 К, средняя скорость нагрева частицы 490 К/с) Сплошная лннвв — условное нарастание температуры частпцы во времени; штряховвя — вмход лчтучах в процентах сухая массы походного топлива Рис. 8.12. Распределение концентраций летучих и окислителя в пограничной пленке в зависимости от времени (б,= 10-х и) Сплошные ляяан — летучие; штриховые — опвслвтель моменту и далее по формуле (8-14) найти поля концентраций летучих в пограничном слое. Особенностью настоящего расчета является учет того обстоятельства, что частица попадает в высокотемпературную среду при начальной температуре, близкой к 0 'С.
Поэтому процесс диффузии в различные моменты времени (до приобретения частицей температуры среды) развивается при разных температурах, причем температура по толщине пограничной пленки в любой заданный момент времени возрастает от температуры частицы до температуры среды. Это обстоятельство необходимо учитывать прежде всего при определении значений Соя. Толщина пограничной пленки определялась по выражению бафф/бе=1/(Мн — 2), причем было принято )ЧВ=4, аб,фф=0,8Х Таблица 8-8 Расчет полей концентраций я пограничном слое (6„— 1,0.10-а м) Время.
с Кояяеятраяяя, г моль ма Ор ~ 1о ол о,о ол О,т о,е 5,4 7,1 1,55 2,33 9,4 3,7 9,7 4,5 2,6 0,6 2,6 0,6 2,6 0,6 2,6 0,6 4,5 1,2 с„ Сер 232 Х10-о м. Результаты расчета полей концентраций приведены в табл. 8-8 и на рис. 8-12. Проведенный анализ показывает, что при воспламененииотносительно крупной частицы (б,=10-' м и более) при Т,р —— =1100 К летучие достаточно интенсивно насыщают пограничную пленку, в которой создается парогазовая смесь горючих и окислителя, определяющая условия воспламенения. Концентрация окислителя у поверхности частицы в данном случае очень быстро снижается, и коксовый остаток практически не может участвовать в процессе воспламенения и в начальных стадиях горения. Дальнейший анализ процесса воспламенения сводится к определению периода индукции до самовоспламенения образую- шейся горючей смеси.
Это требует знания теоретических температур в районе частицы при окислении выделяющихся летучих. Для этого нужно знать их теплоту сгорания, а следовательно, состав. Для определения состава выделяющихся летучих опять воспользуемся данными об их квазистатическом выходе. При последующем пересчете на реальные условия будем учитывать зависимость суммарного выхода летучих от времени. Значения теплоты сгорания летучих в зависимости от температуры приведены в табл.
8-9. Имея зависимость суммарного выхода летучих от времени (рис. 8-11) и данные табл. 8-8 и 8-9, можно определить зависи- Таблица 8-Р Теплота, вмдапвглаяся при сгорание летучего, 47 и теавта сгорания летучее Я~р в еавясяьп4стн от температурй Вода разложения Кислота Смола СО СОе с,н, сн4 н, 48,1 184,2 5,0 15,1 22,2 29,3 121,4 15,1 15,1 !6',7 7,1 64,! 456,4 5,0 5,0 27,'6 64,! 213,5 5,0 !о,о 27,6 92,1 30,6 80,4 77,5 50,2 150,7 51,1 50,2 77,5 57,8 121,4 61',1 !о,о 8З,'О 115,1 558,1 ! 320,3 107,2 ~ 207,7 ~ 330,8 ~ 387,3 ) 390,6 Значение Яер, кцж/кг 5820 ! 5317 ! 2533 ! 6490 1 12142 ! 13900 ! 12142 Значение Я~р, к/1ж/моль ~ !51,6 ~ !87,! ~ 55,З !82,5 ~ 275,5 ~ 325,3 266,! Всего мость теплоты сгорания смеси летучих от времени для нашего конкретного случаи (рис.
8-13). Наличие минимума на кривой выражает изменение состава выделяющихся летучих. Данные о распределении концентраций летучих в пограничной пленке (рис. 8-12) и о теплоте сгорания смеси летучих (рис. 8-13) позволяют определить теоретические температуры горения летучих в пограничной пленке согласно выражению Т. = Т+Е",С./с,.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
