ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МНОГОСТАДИЙНОГО ПРОЦЕССА СЖИГАНИЯ ЧАСТИЦЫ ИЗ УГЛЯ

  • Вас. В. Саломатов Институт теплофизики СО РАН
  • Вл. В. Саломатов Институт теплофизики СО РАН
Ключевые слова: уголь, горение, прогрев, сушка, сжигание, коксовый остаток, математическая модель

Аннотация

Выполнено нелинейное математическое моделирование термоподготовки и последующего горения угольной частицы как многостадийного процесса. Анализ основных параметров этого процесса на последовательных стадиях: прогрев, сушка, зажигание и выгорание коксового остатка проведен по приближенно-аналитическим зависимостям. На стадии прогрева частицы лучистоконвективным теплом температурное поле найдено путем построения асимптотических разложений для малых и больших значений безразмерного времени. Расчетами с использованием полученных зависимостей показано, что температурные напряжения для частиц Канско-Ачинского угля размером 100 мкм и меньше, возникающие в топочной среде 1500 оС, не превышают предела прочности на растяжение и частица не теряет своей сплошности. Частицы же размером 10 мм и более при температуре топочного пространства в 1000 оС разрушаются. При этом момент разрушения достигается в начальной стадии прогрева (малые Fo). Процесс сушки угля формулируется как нелинейная задача Стефана с подвижной границей фазового превращения «жидкость-пар». Скорость и время сушки частицы угля найдены приближенно-аналитически с использованием модели двух зон: подсушенного топлива и топлива с остаточной влажностью. В частном случае ма-
лых чисел испарения они свелись к спектру решенной, точно совпадающих с решениями, полученными по методу Л.С.Лейбензона. Характеристики теплового зажигания частицы угля найдены с помощью адиабатического метода В.Н.Вилюнова. Изучены такие параметры как время индукции, время и температура зажигания и др. С учетом допущений, характерных для модели Шваба Зельдовича в рамках квазистационарного приближения, определено время выгорания коксового остатка угольной частицы. Проанализировано влияние золового каркаса, подсушки угля, внутрипористого реагирования, концентрации кислорода на параметры выгорания. Проведен параметрический анализ влияния физических и режимных параметров на закономерности сжигания угольной частицы Канско-Ачинского месторождения. Определены условия эффективного сжигания одиночной частицы из угля как главного элемента всего топочного процесса.

Литература

1. Хитрин Л. Н. Физика горения и взрыва. – М.: Изд-во МГУ. 1957.
2. Essenhigh R. Temperature measurement of burning coal particles // J. eng. power. 1963. V.85A. Pp. 183-190.
3. Shibaoka M. On investigation of the combustion processes of single coal particles // J.of the Inst. of Fuel. 1969. N42. Pp. 59-66.
4. Бухман С. Исследование теплового режима и механизма горения угольных частиц. В кн.: Третье совещание по теории горения. – М.: Изд-во АН СССР. 1960. С. 12-15.
5. Головина Е. С. Высокотемпературное горение и газификация углерода. – М.: Энергоатомиздат, 1983.
6. Бабий В.И., Куваев Ю.Ф. Горение угольной пыли и расчёт пылеугольного факела. – М.: Энергоатомиздат, 1986.
7. FLUENT User's Guide V. 4.3, Chapter 19 "Theory". 1995.
8. Руководство пользователя ANSYS. 2007.
9. Бубенчиков А. М., Старченко А. В. Численные модели динамики и горения аэродисперсных смесей в каналах. – Томск: Изд-во ТГУ, 1998.
10. Гаврилов А. А., Дегтерев А. А., Чернецкий Б. Ю. Использование пакета программ « –Flow» для расчета топочных процессов // Вычислительные технологии. 2000. № 4. С.56-62.
11. Паркус Г. Неустановившиеся температурные напряжения. – М.: Физматгиз. 1961.
12. Франк-Каменецкий Д. А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. – М.:Наука, 1967.
13. Вилюнов В. Н. Теория зажигания конденсированных веществ. – Новосибирск:Наука, 1984.
14. Хитрин Л. Н. Физика горения и взрыва. – М.: Изд-во МГУ, 1957.
15. Гришин А. М. Курс лекций по аэротермохимии. – Томск: Изд-во Томского государственного университета, 1979.
16. Сполдинг Д. Б. Горение и массообмен. – М.: Машиностроение, 1985.
Опубликован
2018-01-19
Раздел
Статьи