1598005868-03648c969f647e9d2289db563a03b78d (811236), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Определить выход смолы, улавливаемой после печи, при длине реакционной зоны к 0,2 и и х 1 м. Предполагается, что нагрев частиц до температуры среды происходит практически мгновенно, Решение. По табл. 8-3 (графа П1) принимаем, что кинетика процесса образования смолы определяется значениями: Е= 9550 кДж/кмол>н йэ 1,2 с-'.
Из табл. 8.4, считая, что кннетнка процесса термического разложенйя смолы определяется значениями кинетических характеристик для фенола, получаем Е=!39800 кДж/молин йер — — 3,16.10> с-К Максимальный выход смолы иэ торфа принимаем по данным кваэистатического выхода (см, рис. 8.1); экстраполнрун эти данные до более высоких температур, получаем У»»»». »»-1О бэ. По зависимости (8-2) определяем константы скорости образования и вторичного разложения смолы: й = 1,2,— шш:<азы зтэ> = 0,322 с-х; йр 3 16,10т,— >эвнюццз>4 згэ> 0,135 с '. Далее по формуле (8-9) для х=0,2 м вычисляем У 0,322: 0,5 г -аэш.вз:е,з Ума»с.
см 0,135: 0,4 — 0,322: 0,5 — е одзз е,э ал) = 0 115 для к=> м 0,322: 0,5 ( — а,шэ >,а:об Ум»»с. см 0,135: 0,4 — О,ЗМ: 0,5 ;а.>эз >,о:ол) 0 392 К данной главе рекомендуется литература (9, 27, 28, 29, 51, 53, 62, 65, 69]. ГЛАВА ДЕВЯТАЯ ГОРЕНИЕ ПЫЛЕУГОЛЬНОГО ФАКЕЛА 9-К ГОРЕНИЕ ТОПЛИВНЫХ ЧАСТИЦ В УСЛОВИЯХ ПЫЛЕУГОЛЬНОГО ФАКЕЛА Пылевидный способ сжигания твердых топлив в факеле имеет определенные преимущества перед другими способами (например, слоеным), так как позволяет сжигать многозольные и высоковлажные топлива, увеличивать плотность теплового потока, полностью механизировать и автоматизировать подачу и сжигание топлива, удаление шлаков н золы и т.
д. При подготовке исходного топлива существующими методамн (дробление, размол) в факеле горят частицы, размеры которых отличаются друг от друга на одпн-два порядка, т. е. в топочной камере сжигается полифракционпая пыль. Измельчепие топлива приводит к тому, что запас горючего в каждой пылинке мал при большой поверхности. Это обеспечивает хороший контакт молекул горючего и окислителя и быстрое сгорание топлива в факеле. Пылинки вследствие малости и парусности движутся практически вместе с потоком газов. Скорости их обтекания невелики. Даже для крупных пылинок (больше 250 — 300 мкм), отстающих от восходящего потока газов в топке, можно считать, что относительные скорости их движения равны скоростям витания. И хотя по этим причинам критерий Нуссельта стремится для пылинок к минимальному значению, коэффициенты теплообмена и массо- обмена велики из-за малого размера частиц (а=Ми Ь/6; ир=йир0/б).
Разогрев горящих пылинок относительно газовой среды вследствие хорошего теплообмена невелик (см, гл. 7), но сгорают они за относительно короткое время. Наличие летучей части принципиально отличает процесс выгорания натурального топлива от процесса выгорания чистого углерода. Летучие вещества существенно облегчают воспламе- ) пение топлива. Как показывают расчеты, подтвержденные опытными данными, летучие, выделяемые мелкими частицами (до 200 мкм), насыщают газовый объем, образуя горючую газовоз- ' душную смесь, которая и начинает гореть.
Для крупных частиц (более 500 мкм) воспламенение летучих начинается в пределах пограничной пленки около поверхности из-за недостаточно интенсивного диффузионного массообмена с газовым объемом. В начале процесса горения может наблюдаться одновременное выгорание летучих и кокса. Однако, как отмечалось в $ 7-1, для не очень крупных частиц горение углерода коксового остатка является наиболее длительной из всех стадий процесса горения (до 90 % общего времени горения частицы).
В пылеугольных топках, как показали многочисленные исследования, наблюдается сильная аэродинамическая и тепловая ! 238 ~~сл1 400 боо гоо 10О 4ОО ВОО у бо 40 го О 400 000 1год 1000 ли г400 гбо йа елввлби 'с 1гоо боо 400 400 000 1гоо 1000 Л60 0400 м/с бо го 1О О -10 2 10 1г 0 1 г 1 11 г Рис. 9Л. Распределеиие коицеитрации пыли р, содержаииа горючих Г, темпеРатУРы й скоРостей мн и коицеитРации газов С иа вачальвом Участке факела е топках со астречвым расположевием вихревых горелок при сжигаиии аитрацита (по данным С. Л.
Шагалоаой И. Н. Швицер) у — ковача воадуаа; 3 — водача тонлнввоа нылн; ! — расстоквна ст бокового экрана неоднородность вблизи горелок (рис. 9-1). На начальном участке факела, где осуществляется воспламенение топлива, в зоне основного потока поля скоростей, состава газов, содержания горючих и концентрации пыли имеют резко выраженные максимумы, а поля температур, газов и содержание СОр — минимумы. В приосевой зоне четко определяется область возвратного движения топочных газов к началу факела (область рециркуляции) с высокими скоростями, содержанием СО, н температурой. Подсос горячих газов из ядра факела осуществляется не только в приосевой зоне, но и на внешних границах струи (факела).
Это приводит к повышению температуры поступающей в топку пылевоздушной смеси за счет конвективного теплообмена. В некоторой мере влияет радиационное тепло излучения факела, которое в общем балансе тепла составляет 10 — 15 та. Прогревающиеся пылинки выделяют летучие, которые, смешиваясь с газамн, образуют горючую смесь. Эта смесь воспламеняется, что приводит к горению самих частиц. Для топлив, бедных летучими, предварительный разогрев пылевоздушной смеси должен быть столь значительным, чтобы привести к заметным скоростям окислительных и восстановительных гетерогенных реакций на поверхности частиц. Подсос продуктов сгорания к корню факела уменьшает концентрации горючего и окислителя (кислорода). Но это отрицательное влияние перекрывается положительным влиянием повышения температуры. Расчеты показывают, что скорость реакций окисления очень резко возрастает из-за повышения температуры, несмотря на уменьшение концентрации кислорода.
Увеличение скорости реакции приводит к воспламенению. Таким образом, количество топочных газов, поступающих в зоны рециркуляции, определяется, с одной стороны, реакционными свойствами топлива, а с другой — интенсивностью круткн пылевоздушной смеси, поступающей из горелки в топочную камеру (см. гл. 2). Следовательно, конструкция горелочного устройства, размещение горелок в топочной камере, характер движения газов оказывают самое существенное влияние на воспламенение угольной пыли н его устойчивость.
В отдельных случаях при неотлаженном топочном процессе может быть вынос из топки значительного количества невоспламенившейся пыли. Итак, в зоне у горелок факел существенно неоднороден. Однако на расстоянии одного диаметра (калибра) от горелки градиенты всех составляющих факела значительно уменьшаются, а зона обратных токов исчезает; на расстоянии двух калибров от горелки происходит выравнивание концентраций пыли, кислорода, продуктов сгорания, а также температуры по сечению факела, т. е. идет активный процесс горения топливной пыли по всему сечению факела.
Это подтверждается данными М. М. Рубина, С. Л. Шагаловой, Ю. А. Тимошина и др. (рнс. 9-2). При этом нужно учитывать, что частицы горят не отдельно друг от Рис. 9-2. Поля концентраций СОь Оа и ковффнциеит избытка воздуха а цо се. чению факела в удалении от горелок Ь друга, а во взаимодействии.
Совместное горение частиц определяет изменение концентрации кислорода по длине факела. Причем в начале факела (в зоне высоких концентраций кислорода) 9 будет выгорать большое количе- ство мелких пылинок, а горение Ширина Факела, м средних и крупных пылинок будет происходить в зоне низких концентраций кислорода — это основной недостаток факельного способа сжигания топлива. Поэтому нужно или растягивать факел, или (для некоторых топлив) резко утопить помол, чтобы получать приемлемую механическую неполноту сгорания. На текущую температуру факела влияют также условия горения и теплообмена.
Таким образом, отдельные пылинки горят в условиях, создаваемых горением всех частиц. В различных исследованиях горения пыли твердых топлив в факеле полидисперсность учитывается восновном двумя методами. Первый метод (В. Гумц, Х. Хоттель, В. В. Померанцев, С. Л. Шагалова, К. М. Арефьев, А. Б. Резняков, А. П. Баскаков и др.) основан на введении суммарных характеристик полидисперсности пыли в основные уравнения выгорания топлива. Вторым методом, применяемым в исследованиях МЭИ, полифракционность учитывается разделением пыли на ряд фракций, в каждой из которых размер частицы усредняется так, чтобы поверхность частиц равнялась суммарной поверхности пыли рассматриваемой фракции. Затем производится расчет одновременного выгорания частиц различных фракций.
В данной главе использован первый метод (по работам В. В. Померанцева, С. Л. Шагаловой и К. М. Арефьева). Аналитический расчет выгорания твердого топлива в нсизотермическом трехмерном факеле в настоящее время практически невозможен. Рассмотрим основные допущения, положенные в основу приближенного расчета выгорания полифракционного прямоточного факела: (. Так как горение крупных и средних пылинок, определяющих механическую неполноту сгорания, протекает в условиях, при которых имеется известная однородность свойств по сечению факела, то принимается одномерная (по длине факела) схема выгорания. 2.
Время воспламенения топлива пренебрежимо мало по сравнению с общим временем его выгорания, которое определяется длительностью горения крупных частиц коксового остатка. 3. Влиянием зольности на горение можно пренебречь, так как внешняя зола и частично внутренняя отделяются при раз- 341 моле от горючей части натурального топлива. Таким образом, рассматривается горящая частица, состоящая из углерода кокса. 4.
Влага выделяется при сушке н прогреве частиц и на процесс горения не оказывает влияния. 5. Температура частиц принимается примерно равной температуре газового потока (см. гл. 7). 6. Порядок химической реакции принимается равным 1 по кислороду как компоненту, находящемуся в недостатке. 7. Считается, что конечный продукт сгорания — СОм т. е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
