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.

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 , и зоны подогрева , удельной скорости выгорания Т Для различных значе­ний плотности , порозности И влажности W Сырья.

145

Таблица 4.5.

Характеристи]

Дисперсность, Мм										Примечание
Эксп.	Расч.	Эксп.	Расч.		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:

(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 Определено по формуле:

(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:

(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

А)

6)

148

Рис 4.39. Формирование фронта горения (рассыпная травяная мука)

А) горение с поверхности = 232 K?/M3,W= 7,5%, =76,8%;

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

Глава 4. Развитие горения

А)

Б)

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

Таблица 4.6.

Сравнение расчета С экспериментом для зоны подогрева

При горении травяной муки в объеме ( = 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 , 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:

(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

(4.77)

Для значений (С0= 0,3 кг. м-3, D = 8.10-5 м2с-1, = 200 кг. м-3, Тс= 0,25 и времени T = 1,5 часа = 5400 с. получим значения =44,1 мм и V3 = 4,1 мкм. с-1. Удельная скорость выгорания может быть оценена из соот­ношения = 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

Рис 4.41. Зависимость толщины Слоя золы и линейной скорости V Выгорания травяной муки от времени = 227 кг • м’3, = 77,3%).

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.

151

Корольченко А. Я. Процессы горения и взрыва

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

(4.78)

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

(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

(4.80)

Закон сохранения массы сгорающего материал дает

(4.81)

Где П — зольность сырья;

Рг — Плотность продуктов сгорания;

S— Относительная площадь пор в слое золы.

Решая совместно (4.80) и (4.81), учитывая, что при переменной тол­щине выполняется , получим дифференциальное уравнение

(4.82)

, безразмерный коэффициент.

Где

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

Где To Время выхода на диффузионный режим горения;

152

Глава 4. Развитие горения

— соответствующая начальная толщина слоя золы. Интегрируя (4.82), при условии (4.83), получим

(4.84) Обозначая , после несложных преобразований придем к

Соотношениям

(4.85)

(4.86)

Поправка Несущественна, если . Пола-

Гая 10 мм, а, что соответсвует эксперименту,

Получим, что при + 170 мин, т. е. через время порядка 3 часов после

Выхода на диффузионный режим горения множитель Мож-

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

(4.87) (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