1598005868-03648c969f647e9d2289db563a03b78d (811236), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Так как выгорание углерода в кислородной зоне может быть представлено итоговой реакцией С+Ох СОх, то число молей выгоревшего углерода равно числу молей израсходованного нагорениекислорода (рис.10-5). Если горение ведется с коэффициентом избытка воздуха а„, то на слой в единицу времени подается Е ВяаслЕс аслХ Х22,4В,/12, нм'/(ч. мв) кислорода. От этого количества к сечению Ь остается кислорода Е/22,4 — В„(1 — /)/12=Вн(аел — 1+ +/)/12, моль/(ч м'). Последнее выражение позволяет на основе материального баланса участка слоя, расположенного выше уровня Ь, найти парциальное давление кислорода Р1 н углекислоты рх для любого сечения кислородной зоны: р, = 0,21 (ас„— 1+ /) Р /гхсл., рв = 0,21 (1 — /) Рт/ссс .
(10-6) размер бе~<бота, т. е. Ьсл=В1+Ьсгл — Ьо1 0 илн х+ув~л — 1 О, откуда ус~в=1 — х. Получаем Используя выражение (10-3) и обращаясь к (10-6), получим уравнение, характеризующее выгорание кислорода и углерода в некотором элементе слоя ИЬ на уровне И (рис.
10-5): 60х = И, = — ар 0,21Р, (2а,„— 1 +!) ил с~,лйг С другой стороны, ,(О, дв В„и"лы! . 12 12ихЛИ таким образом 1~ (ц 0 21р (2всл 1+1)к~ к л л» Дй й Твэл 12 Лх ЛЬ (10-7) где Иг' — площадь поверхности углеродных частиц в элементе слоя пй. Однако для определения ее в условиях полифракционного слоя необходимо знать структуру слоя, а также порозность и закономерности ее изменения. Под порозностью слоя обычно подразумевают долю объема пустот, приходящуюся на единицу объема слоя: т= $' /Р= (У вЂ” 'г',)(У, где т — порозность слоя топлива; 1' — объем пустот в некотором объеме слоя Р; 'г',— объем, занимаемый коксом в некотором объеме слоя У. Порозность горящего слоя определяется пористостью самих кусков кокса и их взаимным расположением.
Обычно пористость коксовых частиц данной марки топлива практически постоянна и зависит только от структуры и свойств топлива. На порозность слоя большое влияние оказывает фракционный состав топлива, способ подачи частиц на слой, размеры и форма кусков, форсировка горения. Исследования порозности горящего слоя топлива в различных условиях показывают, что иногда она может оставаться практически неизменной по высоте слоя, а иногда значительно меняется. Как правило, изменение порозностн слоя по высоте отмечается в случаях высокофорсированного слоевогосжигания. В зависимости от типа топочного устройства и режима его работы могут иметь место оба случая. Рассмотрим условия выгорании углерода кокса в слое с переменной по высоте порозностью.
Закон изменения порозности по высоте выведем, принимая следующую модель реального слоя: скелет слоя в любом его сечении состоит из наиболее крупных частиц бь а промежутки между ними заполняются более мелкими частицами бь Тогда оседание слоя вследствие его выгорания будет целиком определяться выгоранием крупных кусков. При этом неизбежно возрастание порозности е нижних сечениях слоя. Если принять, что высота слоя, в котором располагается топливо, пропорциональна размеру наиболее крупных частиц, то для различных уровней слоя имеем соотношение: аа а, =Х аак ем В начале процесса высота элемента слоя, в котором распо- лагается исходный килограмм топлива: 1 ЬЬк —— Рк (1 — '%) Вследствие выгорании топлива и изменения порозности к сечению И высота участка, в котором расположится остаток килограмма исходного топлива, ЛЬ= 1 Рк (1 — мк) Используя эти выражения, получаем (1 — и)/(1 — тэ) = 1/х.
(10-8) Соотношение (10-8) дает закон изменения порозности по высоте выгорающего слоя при принятой структуре. В том случае, когда мы предполагаем порозность неиз- менной по высоте слоя (т тэ), можно сказать, что ЬИ/Ыц 1. Зная характер изменения порозности прн выгорании, нетрудно определить площадь поверхности горения в любом элементе слоя 1(Ь. В случае, когда справедлива формула (10-8), можно найти площадь поверхности частиц, заполняющих элемент слоя ЛЬ, где находятся остатки килограмма исходного топлива (вывод аналогичен выводу формулы (10-5)): Площадь поверхности частиц в элементе слоя Р (Ь 6(1 — кч) )к «акк где Г Иа (к+и — 1) ~ ЛР З 1-к Подставляя выражение 1(Р в уравнение (10-7), получаем дифференциальное уравнение изменения относительного раз- мера самой крупной частицы по высоте слоя (в пределах кислородной зоны) пк 0,2! (2арР (2аск — ! + !) 6(! — юдю) Iд д($ Вк)д Т акка//йк к — = — 0,108 (2аюк — (+!) 6(! — юдю)/д юэ ю'//юк (10-9) Вполне понятно, что результаты решения этого уравнения зависят от распределения топлива по фракциям ЙЦдду=/(у), так как эта зависимость входит в интегралы / и /ь Рассмотрение фракционного состава большой группы углей различных месторождений показывает, что для большинства рядовых топлив с содержанием крупнокускового топлива можно условно принять линейное распределение частиц по размерам: д(йдЫбюд=и=1/(бюд — б,„„) или ау=лба.
(10-10) В случае полифракционного топлива с равномерным распределением частиц по фракциям бю„к;~0, а пбюд-д-1. При неравномерном распределении по фракциям пбюд)1, а при монофракционном топливе лбм-ю.юп. Введение условия (10-10) позволяет проинтегрировать / и /д и получить для них конкретные аналитические зависимости: / = пбм (х+ (1 — х) [хю/2+ 2х+ 3 1п (1 — х)Ц; (10-11) Н/д(х = — Зпбм [хю/2+ х+ 1п (1 — х)); (10-12) 1, = — лб,д [х'/2 — х+ 1п (1 — х)].
(10-13) С использованием этих выражений (10-9) приобретает вид 0,217 (1 — ядю) и†2а к — ! + пЦ, (к+ (! — «) (кд/2+ 2к+ 3(п(! — к)1) а при лбы=1 (10-14) 0,217 (1 — дню) д($ = 2адк — ! +! )О заказ мь Йююю где а /д/бю!. Для определения ап в первом приближении можно пользоваться линейной зависимостью Хпп 0,08дде. Отсюда нетрудно установить, что ап=0,8 ЕТОРю/(273 т Рт). При этом в уравнении выгорания частиць! в слое исчезают величины, зависящие от температуры, и уравнение приобретает вид Аналогичные рассуждения можно привести и для постоянной по высоте слоя порозности. В этих условиях площадь поверхности горения исходной единицы массы топлива ! б 1 ЛЛ! (х+ у — 1)*,1„ , ркбе! ! ) !(у 1 уз ,! — к А для элемента слоя г(И получаем 1Р Риз б(1 — та) l!!($ ЬЬе( 1 Оставляя в силе все остальные предположения и принимая линейный закон распределения частиц по фракциям, получим аналогичным методом уравнение, описывающее изменение размера самой крупной частицы в зависимости от ее положения по высоте слоя при постоянной порозности: 0,217 (1 — !пз) Н$ = (10-15) 2аед — 1+ ! Уравнения (10-14) и (10-15) получены при рассмотрении процесса в кислородной зоне слоя.
Работа восстановительной зоны определяется газификацией углерода восстановительной реакцией С+СОз=2СО. Как было показано в гл. 7, выгорание углерода при этом определяется зависимостью Рвапэ 0с = — ао (( Т (1 — б(е) Для составления уравнения выгорания необходимо знать закон изменения Р,Л вЂ” иарциального давления углекислоты в пределах восстановительной зоны. Подобно тому как это делалось при определении парциальных давлений в кислородной зоне, для восстановительной зоны из балансовых соотношений получим рза = (0,21 (2а„— 1 + 1) Р,)!а (10-15) Число молей газифицированного углерода равно числу молей прореагировавшего СОь При этом для элемента !(й восстановительной зоны справедливо равенство Юс=асИР "Р"" '" ' "' "",(й.
(10 1Л с с пт(1 И 2 Ь Подставляя сюда выражение (10-16) и учитывая, что в восстановительной зоне справедлива полученная ранее зависимость для ИР и что процесс и в этой зоне протекает в диффузионной области (Мз>1), придем к уравнению выгорания в восстановительной зоне слоя, полностью совпадающему с уравнениями (10-14) и (10-15). Таким образом, выведенные (10-18) Выгоранне в восстановительной зоне также описывается уравнением, полностью совпадающим с уравнением (10-18). Для протнвоточного слоя нз полнднсперсного топлива рассуждения останутся такнмн же (дополнительно учитывается влияние полнфракцнонностн).
Дифференциальное уравнение выгорання частицы в полнфракцнонном протнвоточном слое прн переменной по высоте слоя порозностн представляется в виде 0,217 (1 — тз) д3 ='— 2а~х — абм1 а прн постоянной по высоте слоя порозностн 0,217 (1 — тэ) И$ = йс~х — абм1 Величина (1 — тзД представляет собой «плотную» высоту слоя, т. е высоту слоя прн плотной укладке углерода (без пор).
Из этих уравнений следует, что в условиях слоевого высокотемпературного горения в диффузионной области получаем выражения, независимые от температурных условий. (10-19) 1в-з. Результаты интегРНРОвания УРАВНЕНИИ ВЫГОРАНИЯ КОКСА В СЛОЕ Полученные дифференциальные уравнения показывают, что прн принятых предположениях о характере горения в слое выгорание частиц определятся порозностью слоя, фракционным составом исходного топлива, положением частицы по высоте слоя н коэффициентом избытка воздуха. Уравнения (10-14) н (10-15) численно интегрировались для кислородной н восстановительной зон со следующими 1о ИЗ уравнения описывают выгоранне частиц в восстановительной н в кислородной зонах слоя.
Прн анализе выгорания частиц кокса в условиях противо- точного слоя можно целиком применить вышензложенную методику, несколько вндонзменнв балансовые соотношения. Однако прн этом следует уточнить температурные условия процесса н убедиться, что процесс протекает н в диффузионной области. Обычно в случае протнвоточного слоя диффузионная область горения не может быть распространена на весь слой, а характерна только для зоны активного горения кокса. Для этой зоны, в которой температуры достигают 1700 †20 К, справедливо и предположение о выгорании частиц по схеме двойного горящего слоя, т. е.
можно считать, что Ве~1. Дифференциальное уравнение выгорання монофракцнонного топлива в кислородной зоне имеет внд = — 0,217(1 — гпэ) д$. 2а,х — х' (г тлб)цполн~О-и!а)ч иа 6 6 цз 6,6 осел 6 66 йт йз 61 66 1,6 асл Рис. 10-6. Результаты интегрирования уравнений выгорания прямоточного слоя топлива ! — поаифракциоииый слой с переменаой пороваостью при лбн 1; й — то же, лб,т = 1. 3; а — слой с юютояивой пороявостью; 4 — моаофраяциоавый слоя; à — кнслоролвая соне; и — аосстааоантеяьвая вона пределами интегрирования: от $0,Х=1до$=$п.„х=хн.е и от $ $ .
„ х=х,, до $=6п,и„ х=О. Результаты интегрирования представлены графически на рис. 10-6 — 10-8. Уравнение выгорания противоточного слоя интегрировалось В ПРЕДЕЛаХ От $=0, Х=О ДО $=$к.е, Х=Хк.я И ОТ $=$н.а, Х= =Хк.а ДО вь=еьполню Х 1. Значения ха а определялись из условия, что к концу кисло- зг— рОдНОй ЗОНЫ р1=0, т. Е. Х,,= )Г асл. Для монофракционного противоточного слоя получены следующие аналитические выражения: 0,217 (1 — т) $,, = — 1п ((ав+ ахя, + хя, яЯа — х,,)а) — х„, + 6 + агс(д о г л(йп+ л„,в) — агс(ив 1 чГз ~ 1Гз 1Гз Для полной плотной высоты слоя имеем 0,217(1 — лг)$,ю,п= — 1п ) — 1+ ~агс(д 6 (и — 1)е,т~З 1, зп+ 1 1 — агс1и — 1 .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
