Горение дисперсных веществ в слое

На Рис. 4.38 Представлена структура фронта горения растительного сырья. В зоне I, расположенной на передней кромке фронта горения, про­исходит нагрев исходного продукта от начальной температуры Т0 До тем­пературы тления Те, А также испарение влаги и газификация материала. В зоне II, называемой зоной горения, обугленный продукт сгорает. В зоне III, расположенной на задней кромке фронта горения, образуется слой зо­лы, затрудняющий диффузию кислорода в зону горения II.

Горение дисперсных веществ в слое

Рис 4.38. Структура фронта горения растительного сырья I —зона подогрева, II — зона горения III — зона образования золы

В табл. 4.5 Представлены типичные значения максимальной темпе­ратуры Ттах, Линейной скорости выгорания V, размеров зоны горения Горение дисперсных веществ в слое, и зоны подогрева Горение дисперсных веществ в слое, удельной скорости выгорания Т Для различных значе­ний плотности Горение дисперсных веществ в слое, порозности Горение дисперсных веществ в слоеИ влажности W Сырья.

145

Таблица 4.5.

Характеристи]

Дисперсность,

Мм

Горение дисперсных веществ в слое

Горение дисперсных веществ в слое

Горение дисперсных веществ в слое

Горение дисперсных веществ в слое

Горение дисперсных веществ в слое

Горение дисперсных веществ в слое

Горение дисперсных веществ в слое

Горение дисперсных веществ в слое

Горение дисперсных веществ в слое

Примечание

Эксп.

Расч.

Эксп.

Расч.

Горение дисперсных веществ в слое

Эксп.

Расч.

Поли­дисперсна

180

82

75

20

23

64

86

12,3

14,0

11,5

76

79,1

480

Горение с поверх­ности рассыпной травяной муки

То же

180

82

30

35

12

59

16,5

13,9

12,0

10,6

70

70,0

440

То же

255

75

75

1,6

48

4,1

33

9,1

71

10,4

120,1

550

Тоже

255

75

30

30

29

52

96

7,1

74

85

1138

470

0,006 + 0,63

216

78

8

1,6

40

75

39

72

16,2

60

56,1

560

0,63 + 1,0

216

78

8

40

54

39

80

11,7

80

77,6

530

1,0+1,6

216

78

8

22

42

67

52

12,0

14,5

81

89,1

500

1,0+1,6

232

77

75

32

53

53

12,9

12,3

75

82,0

510

Гранулы

440

67

17

0,7

30

53

23

24

23,3

36

36,9

450

Горение с поверх­ности травяной муки

Гранулы

635

52

12

20

15

27

13,4

1714

20

20,1

600

Гранулы

640

52

12

20

20

28

10,0

179,2

21

19,4

550

Поли­дисперсна

270

80

14

3,1

35

33

88

11,5

89

180

198,7

520

Горение с поверх­ности отрубей

Тоже

310

77

14

3,1

32

35

97

12,9

10,9

178

203,4

520

То же

200

80

11

1,2

35

33

34

99

66

52

52,4

300

Горение в обьеме травяной муки

То же

290

71

75

1,2

25

35

48

97

10,1

73

77,5

260

Гранулы

425

68

17

07

25

106,2

150

Приведенные в Табл. 4.5 Экспериментальные значения соответству­ют длительности опыта 120 мин. Расчетное значение скорости получено из соотношения:

Горение дисперсных веществ в слое

(4.73)

Где А — коэффициент температуропроводности.

Из табл. 4.5 видно, что расчетное и экспериментальное значеню скорости в основном совпадают по порядку величины и, следовательно формулу (4.73) можно использовать для оценки линейной скорости вы горания.

Расчетное значение зоны подогрева Горение дисперсных веществ в слоеОпределено по формуле:

Горение дисперсных веществ в слое

(4.74)

Где Т — Температура сырья;

Т6 — Температура тления;

Т0 — начальная температура.

Предполагалось, что Т Т0=15 °С, при горении с поверхности Тв = 250 °С, а при горении рассыпной травяной муки в объеме температу­ра Те= 150 °С, вблизи которой находится характерный перегиб профиля температур (рис. 4.39). Эксперименты показали, что температурный про­филь зоны подогрева удовлетворительно описывается уравнением:

Горение дисперсных веществ в слое

(4.75)

Парис. 4.40 Приведены экспериментальные точки и расчетные кри­вые, соответствующие зависимости (4.75), для зоны подогрева при горе­нии с поверхности рассыпной и гранулированной травяной муки. В табл. 4.6 приведено сравнение опытных и расчетных значений темпера­туры при горении рассыпной травяной муки в объеме для зоны подо­грева Данное сравнение показывает, что процесс распространения тепла при горении дисперсных растительных сред осуществляется теплопро­водностью и распределение температур в зоне подогрева удовлетвори­тельно описывается уравнением (4.75), а ее размер можно оценить из соотношения (4.74).

147

Корольченко А. Я. Процессы горения и взрыва

Горение дисперсных веществ в слое

А)

Горение дисперсных веществ в слое

6)

148

Рис 4.39. Формирование фронта горения (рассыпная травяная мука)

А) горение с поверхности Горение дисперсных веществ в слое= 232 K?/M3,W= 7,5%, Горение дисперсных веществ в слое=76,8%;

Б) горение в объеме Горение дисперсных веществ в слое=210кг/м*,W=7,5%, Горение дисперсных веществ в слое=79%

Глава 4. Развитие горения

Горение дисперсных веществ в слое

Горение дисперсных веществ в слое

А)

Б)

Рис 4.40. Сравнение расчета с экспериментом для температурного Профиля зоны подогрева: а) рассыпная травяная мука ( Горение дисперсных веществ в слое= 232 кг-м, W= 7,5%, Горение дисперсных веществ в слое= 76,8%); б) гранулированная ( Горение дисперсных веществ в слое= 440кг-м, W—17%, Горение дисперсных веществ в слое= 66,7%)

Таблица 4.6.

Сравнение расчета Горение дисперсных веществ в слоеС экспериментом для зоны подогрева

При горении травяной муки в объеме ( Горение дисперсных веществ в слое= 290 кг. м3 , W= 7,5%).

JC, СМ

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Т "С

1 расч> ^

150

118

94

76

62

52

44

38

34

Т "с

149

109

85

65

55

49

38

30

С увеличением влажности травяной муки наряду с уменьшением разме­ра зоны горения несколько снижается линейная скорость выгорания и макси­мальная температура в этой зоне, что вероятно связано с большим теплоотво-дом из зоны горения при большей влажности сырья. С увеличением плотности рассыпной травяной муки значения линейной скорости выгорания уменына-

149

Корольченко А. Я. Процессы горения и взрыва

Ются, что, по-видимому, связано с увеличением теплоотвода из зоны горения из-за уменьшения расстояния между частицами. Для гранулированной травя­ной муки размер зоны горения составляет два-три линейных размера гранул. Для нее характерны большая линейная и удельная скорости выгорания.

В зоне, размер которой Горение дисперсных веществ в слое, расположенной на задней кромке фронта горения, тепловыделение полностью компенсируется теплопотерями на излучение и конвекцию. Для горения дисперсных насыпей растительного происхождения характерно протекание процесса с недостатком кислорода (до 1,5 % об.) в режиме тления. При этом в плотном слое формируется более или менее плоский фронт горения, характерной особенностью ко­торого является образование на поверхности слоя золы, затрудняющего диффузию кислорода в зону горения.

Если внешнее диффузионное сопротивление много меньше диффу­зионного сопротивления слоя золы, то концентрация кислорода на внеш­ней границе слоя может быть принята равной концентрации его в воздухе С0, На границе же с зоной горения она близка к нулю.

В случае, когда изменение объема газообразных продуктов в про­цессе горения невелико, толщина слоя золы:

Горение дисперсных веществ в слое

(4.76)

Где D Коэффициент диффузии кислорода через слой золы, м2 • с-1;

К — Стехиометрический коэффициент (отношение расхода углерода к расходу кислорода), в отсутствие недожога k= 0,375;

Тс — Доля кокса.

При переменной толщине слоя золы скорость ее роста

Горение дисперсных веществ в слое

(4.77)

Для значений (С0= 0,3 кг. м-3, D = 8.10-5 м2с-1, Горение дисперсных веществ в слое= 200 кг. м-3, Тс= 0,25 и времени T = 1,5 часа = 5400 с. получим значения Горение дисперсных веществ в слое=44,1 мм и V3 = 4,1 мкм. с-1. Удельная скорость выгорания может быть оценена из соот­ношения Горение дисперсных веществ в слое= 8,2.10-4 кг. м.с-1. Все полученные значения близки к экспериментальным, что позволяет использовать формулы (4.76) и (4.77) для оценки толщины слоя золы, линейной и удельной скоростей выгора­ния дисперсных насыпей растительных материалов.

150

Глава 4. Развитие горения

Горение дисперсных веществ в слое

Рис 4.41. Зависимость толщины Горение дисперсных веществ в слоеСлоя золы и линейной скорости V Выгорания травяной муки от времени Горение дисперсных веществ в слое= 227 кг • м’3, Горение дисперсных веществ в слое= 77,3%).

Горение дисперсных веществ в слое

На Рис.4.41 Изображены расчетные кривые, отвечающие соотноше­ниям (4.76), (4.77) и экспериментальные точки, иллюстрирующие зависи­мость толщины слоя золы и линейной скорости выгорания рассыпной травяной муки от времени. Размерность в расчетных формулах соответст­вует размерности координат.

Если горение растительного сырья сопровождается большим газовыделением, диффузия кислорода через слой золы в зону горении осуществляется навстречу продуктам сгорания Поскольку пористость слоя золы близка к единице, коэффициент диффузии кислорода через слой близок к таковому для окружающего воздуха, т. е.

Горение дисперсных веществ в слое

151

Корольченко А. Я. Процессы горения и взрыва

Это позволяет для описания диффузии кислорода через слой золы использовать стационарное уравнение диффузии:

Горение дисперсных веществ в слое

(4.78)

С граничным условием С(0) = С0. Здесь С — С(х) Концентрация кислорода; Горение дисперсных веществ в слое — скорость фильтрации продуктов сгораний. Решением уравнения (4.78) является функция

Горение дисперсных веществ в слое

(4.79)

При отсутствии недожога (к = 0,375) диффузионный поток кислоро­да на внутренней границы зольного слоя должен быть равен потоку ки­слорода, необходимого для сгорания свободного углерода

Горение дисперсных веществ в слое

(4.80)

Закон сохранения массы сгорающего материал дает

Горение дисперсных веществ в слое

(4.81)

Где П — зольность сырья;

Рг — Плотность продуктов сгорания;

SОтносительная площадь пор в слое золы.

Решая совместно (4.80) и (4.81), учитывая, что при переменной тол­щине выполняется Горение дисперсных веществ в слое, получим дифференциальное уравнение

Горение дисперсных веществ в слое

Горение дисперсных веществ в слое

(4.82)

, безразмерный коэффициент.

Где

В общем случае начальным условием для уравнения (4.82) можно считать

Горение дисперсных веществ в слое

Где To Время выхода на диффузионный режим горения;

152

Глава 4. Развитие горения

Горение дисперсных веществ в слое — соответствующая начальная толщина слоя золы. Интегрируя (4.82), при условии (4.83), получим

Горение дисперсных веществ в слое (4.84) Обозначая Горение дисперсных веществ в слое, после несложных преобразований придем к

Соотношениям

Горение дисперсных веществ в слое

(4.85)

Горение дисперсных веществ в слое

(4.86)

Поправка Горение дисперсных веществ в слоеНесущественна, если Горение дисперсных веществ в слое. Пола-

Гая Горение дисперсных веществ в слое10 мм, а, Горение дисперсных веществ в слое что соответсвует эксперименту,

Получим, что при Горение дисперсных веществ в слое+ 170 мин, т. е. через время порядка 3 часов после

Выхода на диффузионный режим горения множитель Горение дисперсных веществ в слоеМож-

Но принять за единицу, и приближенные формулы для толщины слоя золы и скорости ее роста примут вид

Горение дисперсных веществ в слое (4.87) Горение дисперсных веществ в слое (4.88)

Эти соотношения учитывают время выхода на диффузионный ре­жим горения.

При горении дисперсных растительных насыпей с поверхности сверху вниз толщина слоя золы возрастает, а линейная скорость выгора­ния убывает пропорционально квадратному корню из времени горения.

153

Комментирование на данный момент запрещено, но Вы можете оставить ссылку на Ваш сайт.

Комментарии закрыты.


gazogenerator.com