1598005868-03648c969f647e9d2289db563a03b78d (811236), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Из выражении (9-33) для рассматриваемых условий находим дз = 0,374.0,034 ' = 0,0218 м 2,2з( . 33.913 19,8 К данной главе рекомендуется литература [7, 11, 45, 46, 47, 48, 51, 56, 57, 66, 70, 72, 74) ГЛАВА ДЕСЯТАЯ ГОРЕНИЕ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В СЛОЕ 1йпн ОВЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УСЛОВИЯ ГОРЕНИЯ В СЛОЕ Слоевой метод сжигания твердого топлива занимает видное место в технологии сжигания наряду с факельными методами.
Слоевые топки и аппараты для сжигания топлива широко применяются в энергетике, металлургии и химическом производстве. Высокая стабильность процесса горения в широком диапазоне форсировок, возможность сжигания топлив с различной влажностью, отсутствие сложной и энергоемкой системы пылеприготовления, простота в управлении — все этн обстоятельства делают слоевые топочные устройства в установках сравнительно небольшой производительности предпочтительными.
По интенсивности горения слоеной процесс обладает значительными резервами по сравнению с факельным. Обработка данных по выгоранию топлива в прямоточных факельных топках показывает, что кажущиеся кинетические константы горения близки к предельным, отвечающим кинетической области горения. Это указывает иа то, что в факельном процессе интенсивность процессов на поверхности горения приближается к своему физическому пределу. Оценки же для слоевых процессов показывают, что слой обладает почти пятндесятикратным запасом интенсивности по сравнению с предельными значениями. В слоевых устройствах обычно сжигают топливо, содержащее сравнительно крупные частицы (0,003 — 0,05 м). Высокая адиабатность слоевых процессов способствует развитию в горящем слое высоких температур.
В итоге в слоевых процессах горение обычно протекает в диффузионной области. Это отчетливо подтверждается сильной зависимостью скорости выгорания от интенсивности подвода дутья. Сокращение диффузионного сопротивления и перевод процесса в высокотемператур- 269 (10-1) 2Т! благодаря теплоте, передаваемой мощным потоком раскаленных газов, выходящих из зоны активного горения слоя, а также излучению слоя и факела. Подобная организации воспламенения («нижнее зажиганиеэ) позволяет успешно сжигать в слоеных топках топливо с влажностью до 45 — 50 з/э. Если топливо покоится на колосниковой решетке под действием собственного веса, то возрастание форснровки приводит к увеличению скорости фильтрации воздуха в слое и к выносу из слоя все более крупных частиц.
Относительно крупные частицы топлива уже не успевают сгореть на лету в пределах топочной камеры, что приводит к резкому возрастанию механической неполноты сгорания. Отмеченное обстоятельство затрудняет сжигание в слое полифракционных топлив, содержащих значительное количество мелких частиц, препятствует повышению теплонапряжения зеркала горения, чтобы наиболее полно использовать возможности слоевого процесса. Под теплонапряжением зеркала горения подразумевают количество теплоты, выделяющейся вследствие горения в единицу времени с 1 м' поверхности слоя. Как правило, теплонапряжение зеркала горения обычных слоевых топок не превышает (1,1— 1,6) ° 10« Вт/мз. Дальнейшее увеличение форсировки приводит к активной перестройке залегания частиц топлива, все возрастающему выносу частиц из слоя, и наконец при некотором расходе воздуха весь слой теряет свою устойчивость и переходит в «кипящее», или псевдоожиженное, состояние, характеризующееся беспорядочным движением частиц над поверхностью решетки.
При сжигании полифракционного рядового топлива такой режим работы обычно характеризуется резким снижением экономичности топки вследствие возрастания потерь за счет уноса недогоревшего топлива. Если организовать сжигание срвнительно однородного по фракционному составу топлива, то процесс горения можно интенсифицировать настолько, что слой перейдет в кипящее состояние и процесс будет идти с умеренными потерями за счет уноса. В силу ограниченности пределов существования кипящего слоя (см. $2-8) в этом режиме возможно повышение форсировки до (2,5 — 4) ° 10«Вт/мз.
Для кипящего слоя характерна высокая интенсивность тепломассообменных процессов, что приводит к высокой равномерности температуры н концентрации продуктов сгорания по высоте слоя (рис.!0-1, б). Для описания тепломассообмена между частицами и потоком в условиях кипящего слоя можно пользоваться зависимостью, предложенной в работе (60): Ми=0,1 Це Ргпз.
т Другой распространенной схемой слоевого процесса является сжигание в прямоточном, или зажатом, слое. В этом случае подача топлива на решетку и подвод дутья производится либо с одной стороны, либо перекрестно (рис. 10-1, а). При этом топливо прижимается к колосниковой решетке не только под действием веса, но и вследствие аэродинамического сопротивления набегающему потоку дутьевого воздуха. Решетка в этом случае препятствует нарушению аэродинамической устойчивости слоя при увеличении дутья. Поскольку элементы решетки при такой схеме сжигания находятся в зоне высоких температур, то для их длительной работы необходима надежная система охлаждения.
Топки, основанные на второй схеме, получили название топок скоростного горения с обращенным дутьем или с «зажатым» слоем. Этн топочные устройства позволяют значительно повысить форснровку процесса, однако вследствие отсутствия в ней интенсивного нижнего зажигания требует подачи на слой уже разожженного топлива. Интенсивность тепло- и массообмена в условиях слоя значительно выше, чем в факеле.
Этому способствуют высокие относительные скорости потока, а также турбулизирующее влияние слоя. В работах ряда авторов показано, что интенсивность тепломассообмена частицы с потоком в условиях слоя может быть выражена зависимостью тина Ив=Аде". Для приближенных оценок удобно пользоваться упрощенной зависимостью Ип = (0,08 —:0,1) Ве. Попав на поверхность слоя, топливная частица начинает интенсивно прогреваться. Прогрев частицы сопровождается интенсивным выделением влаги — подсушкой. По мере нарастания температуры в частице происходят сложные химические процессы: начинается распад нестойких органических соединений с выделением летучих.
Для топлив, имеющих большой выход летучих, эта стадия приводит к изменению физических свойств и структуры углеродного массива. Частица становится более пористой, изменяется ее внутренняя поверхность и размер пор. Поток летучих вступает в активное взаимодействие со встречным потоком кислорода, препятствуя взаимодействию кислорода с коксовым остатком. Прогрев частицы до температуры 1050 — 1100 К приводит к практически полному окончанию выделения летучих и завершению ее коксования.
Учитывая высокую интенсивность этих процессов в условиях слоеного горения, можно считать, что они протекают и заканчиваются в очень тонкой зоне слоя, не превышающей по высоте размера средней частицы. Воспламенение н горение летучих и интенсивный тепло- и массообмен частицы с потоком приводит к быстрому нарастанию температуры поверхности коксового остатка, углерод которого по мере прекращения выхода летучих начинает все более активно вступать во взаимодействие с кислородом.
Начинается стадия выгорания коксового остатка. Зона выгорания углерода кокса занимает, по существу, всю остальную высоту слоя. Подобная упрощенная схема процесса горения слоя была намечена еще первыми исследователями горения и получила згз дальнейшее уточнение и развитие в работах Крейзингера, Неймана, Одибера, Г. Ф. Кнорре, Б. В, Канторовича, 3.
Х. Колодцева, В. В. Померанцева и др. Вполне понятно, что четкую границу между отдельными зонами в слое установить трудно, так как происходит их наложение и границы в силу особенностей структуры слоя носят размытый характер. Зона выгорания углерода кокса распадается по высоте на два участка, в каждом из которых выгорание протекает химически различно. Нижний участок противоточного слоя, характеризуюшийся наличием значительного количества свободного кислорода в продуктах горения, обычно называют кислородной зоной.
К концу этой зоны концентрация кислорода приближается к нулю и он уже не оказывает непосредственного влияния на выгорание углерода. Участок зоны выгорання углерода, расположенный выше кислородной зоны, называют восстановительной зоной (рис. 10-2). Обладая высокой химической активностью, кислород играет основную роль в выгорании в пределах кислородной зоны. Восстановительные реакции, протекающие на поверхности углеродного массива, приводят к образованию окиси углерода, которая интенсивно взаимодействует со встречным потоком воздух г не. Ю-2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
