1598005868-03648c969f647e9d2289db563a03b78d (811236), страница 55
Текст из файла (страница 55)
Основные зоны гореннв в неподзнжном слое прн протнвоточноК схеме процесса 2 зона сужав а выхода летучка; 2 — вона аыгорзнна углорода кокса: 2' — аосстааознтзлзнаа зона", 2" — кнслороднак зона; 2"' — зона ылакозон задумка (зыжнга алака) кислорода. При высоких температурах, характерных для большей части зоны выгорания кокса в слоевом процессе, возможны бурные вторичные реакции с образованием большого количества СО. В этом случае расход кислорода на дожигание СО у поверхности кусков горящего углеродного массива настолько велик, что свободный кислород практически расходуется полностью, не достигая углеродной поверхности.
Ранее при рассмотрении горения углеродной частицы мы называли этот случай горящим пограничным слоем. Если высота слоя достаточно велика, то к некоторому уровню И„весь свободный кислород дутья израсходуется и в области, расположенной за этой границей (восстановительной зоне), выгорание углерода может идти только по восстановительным реакциям СО2+С=СО и НгО+С=СО+На Эти реакции идут с эндотермическим тепловым эффектом и в восстановительной зоне сопровождаются снижением температурного уровня. В связи с этим максимальный температурный уровень, так же как и максимальное содержание углекислоты в продуктах сгорания, соответствует концу кислородной зоны. При сжигании топлива в слоеных топках высота слоя топлива обычно невелика и, как правило, не превышает высоты кислородной зоны.
Организация слоевого процесса для газификации топлива, наоборот, требует значительной высоты слоя топлива, при этом имеет место развитая восстановительная зона, на выходе из которой будет высокое содержание Н2 и СО. В конце кислородной зоны вследствие того, что процесс приближается к адиабатному, температура близка к теоретической температуре горения. Под влиянием высокой температуры зола большинства топлив расплавляется.
Углеродная поверхность не смачивается жидким шлаком, поэтому капли шлака образуют на ней небольшие шарики. Образуя более крупные капли, шлак стекает вниз навстречу потоку продуктов сгорания и воздуха и попадает в область все более низких температур. Интенсивный теплообмен со встречным, сравнительно холодным потоком приводит к застыванию и грануляции шлака на нижних участках слоя. Постепенно шлак накапливается на поверхности колосникового полотна, образуя так называемую шлаковую подушку.
В этой самой нижней зоне происходит выгорание остатков углерода, поэтому ее часто называют зоной выгорания шлака. Слой шлака защищает колосниковое полотно от теплового излучения со стороны горящих углеродных частиц, что одновременно с охлаждающим дутьем воздуха обеспечивает надежную работу колосннкового полотна. Сопоставление стадий горения частицы в слоевом процессе убеждает, что определяющей является стадия выгорания углерода кокса; она является наиболее длительной, и зона выгорания углерода в этой стадии занимает основную часть обшей высоты слоя. Интенсивная реакция догорания СО в пограничной пленке обуславливает значения критерия Семенова в слоеных процессах значительно выше единицы, т. е.
выгорание углерода по схеме горящего или двойного горящего слоя. 10.2. ПРИБЛИЖЕННЫЙ АНАЛИЗ БЫГОРАНИЯ и ГАзиэикации слоя топлиеА Основываясь на представлениях о физико-химических условиях горения топлива в слое, можно сформулировать основные положения, которые будем использовать при анализе выгорання и газификации в слое: 1. Основным процессом при выгорании натурального топлива в слое является выгорание и газификация углерода кокса. Зона выгорания углерода кокса занимает подавляющую часть слоя, а в случае прямоточной схемы слоеного процесса— всю высоту слоя в зоне активного горения. Летучие не оказывают существенного влияния на процесс выгорания углерода, так как их горение протекает в основном вне слоя топлива.
2. В зоне горения и газификации температурный уровень высок н превышает температуру плавления золы большинства видов твердого топлива. Зола расплавляется и сдувается с по. верхности кусков в виде мелких капель, практически не препятствуя горению. Таким образом, для топлива с умеренной вольностью можно говорить о горении в слое частиц чистого углерода в условиях высоких температур. 3. Горение частиц углерода кокса размером более 10-з м при температурах около 2000 К и выше происходит по схеме двойного горящего слоя. 4.
В условиях высоких температур слоевого процесса горение протекает в диффузионной области (ав~й). 5. При достаточно большой толщине горящего слоя он распадается на окислительную и восстановительную зоны, в которых макрохимизм горения различен. 6.
Топливо, поступающее на слой, носит полифракционный характер, т. е. состоит из частиц различного начального размера, который меняется в пределах от нуля до бм (начальный размер наиболее крупной частицы). Анализ выгорания углерода кокса можно провести для любой схемы слоеного процесса. Если рассматривать прямоточный слоеной процесс, в котором за счет предварительной подготовки топлива в зону активного горения поступает чистый кокс, практически лишенный летучих и нагретый до температуры 1000 — 1300 К, то анализ упрощается. При выгорании углеродных частиц по схеме двойного горящего пограничного слоя поступающий в пограничную пленку поток кислорода в пределах кислородной зоны и, следова- гтз тельно, поток, покидающий пограничную пленку углекислоты, представляется в виде (см.
$7-5) О,= — б,= — ""+ р*' (10-2) ЙТ(1Й+ Пав) Учитывая, что в диффузионной области кинетическое сопротивление много ниже диффузионного, пренебрегаем кинетической составляющей; тогда 6г= — бе= ав (2ред+рялуйТ. (10-3) Исследуем выгорание в зоне двух частиц различного начального размера Вм и Всв, находящихся в одной плоскости горящего слоя и уже выгоревших до некоторых размеров 8» и Вм За время йт каждая из частиц выгорит еще на некоторую величину.
Используя выражение (10-3), можно написать уравнение выгорания для двух таких частиц: — нВ~~ав (2ря+ ря) — от = пВ~ (уе/24) Щ; Я1' — нВвап (2рг+ р,) — 1(т = пВла (уе/24) Щ. йТ Из уравнений выгорания частиц, учитывая, что согласно (10-1) ап не зависит от В, получим Я|=г18ы т. е. при горении в слое в диффузионной области наблюдается эквидистантиость кривых выгорания, так же как это было в факеле в кинетиче.
ской области: Вес Вс = Вес — Вы (10-4) К некоторому сечению И мелкие частицы выгорают (рис 10-3) и в слое остаются только частицы с размером, большим некоторого начального размера Вод,. Если на единицу поверхности слоя поступает ежечасно Вя кг углерода кокса, то вследствие выгорания углерода на пре- ВО дз Щб 10 ОФ дг Рпс. 10-3. Выгораиие частиц углерода топлива по высоте слоя при а,я=0,8 и пы 0,5 Рнс. 10-4. Распределение частиц исходного рядового угля по фракциям 1а дыдущих участках слоя сквозь некоторый уровень слоя й пройдет аа; меньшее количество углерода кокса В». В этом случае, когда мы знаем закон распределения исходного топлива по фракциям /гг=/(бог), можно найти выражение для Вм Из с()гае, кгисходного топлива на высоте слоя /г останется г(0 кг частиц со средним размером б; (рнс.
10-4): Ю= "~' рпб',/б=а,( — "1', нбм»Р/6 ( бас / где — число частиц данной фракции в 1 кг исходного оЯг пбм®р/6 топлива; рпбг/6 — текущая масса частиц по высоте. Масса а всех фракций, оставшаяся к данному уровню слоя от 1 кг исходного топлива, ааг В= ~ '„,"' ( — б") 4(ба,. ам» Если на слой поступает в час В„килограммов углерода кокса, то сквозь сечение слоя й каждый час будет проходить Еаг В»=Вк ) — ~ — ) г(баг, г лй гба ха (10-5) 3 дбм ~бм) ааг» При рассмотрении задачи в дальнейшем будем пользоваться относительными величинами х=б1/бе1 и у бс/бе1 (аналогичные величины принимались при анализе выгорания факела).
Используя равенство (10-4), нетрудно найти б;/бы= (х+р — 1)/у, тогда выражение (10-5) преобразуется к виду 1 В» — Вк ) — ( ) г(р. ям» Выражение для уог» найдем из условия, что к сечению /г происходит выгорание всех фракций, имеющих начальный Ш Лаллрлт таллила И Ф"Ф Рнс. 10-6. К выводу уравнения выгорання кокса в условиях прямоточного слоя топлива г — явслороляая вова; à — ассстаяоввтельяая эона 1 В„=В„Г1 Г нк гл+р — 1 ха ) од=В„/, ') ля~ 1 л где 1 а~(*~д-~)„ 1-т — доля углеродного кокса, не сгоревшего к сечению слоя Ь. В участках слоя, расположенных выше уровня Ь, выгорело В„(1 — /)/12 молей углерода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
