Вращающиеся печи: теплотехника, управление и экология - Лисиенко В.Г.
ISBN 5-98457-018-1
Скачать (прямая ссылка):
В обзоре о существующих представлений о механизме образования сажистых частиц пламени и их последующем окислении делается вывод об еще недостаточной изученности и понимании этих процессов. Так, согласно Дж. М. Кхану и Г. А. Гривесу, скорость образования сажистых частиц пламени ^может быть представлена в виде:
5,= СДФиехр(-Д/Л7), (4-82)
где Ф — эквивалентное отношение; Р' — парциальное давление топлива; R
— газовая постоянная; Т— температура; E,Cfnn — эмпирические коэффициенты.
Скорость окисления сажистых частиц пламени W, согласно У. Нигле, определяется соотношением
Wc =12v--^- +ад (1-у), (4.83)
1 + KzI02
где Ж — скорость окисления, г/(см2-с); у = (1 + KJKJ:^ )-1; Р(>2 — парциальное давление кислорода.
Коэффициенты КА, Kz, Кв и Kt в этих формулах определяются уравнениями вида
Кх = Aexp(-EJRT), (4.84)
где х = A, z, В, t\ ЛхиЕх — эмпирические константы; R = 8,314 Дж/(моль-К) — универсальная газовая постоянная.
В первом приближении как в лабораторных опытах, так и в промышленных печах удельная скорость выгорания сажи Wc [г/(см2-с)] может быть описана уравнением
Wc= А ехр
В
\ RT;
где R — газовая постоянная, Дж/(мольК); Р(Ь — парциальное давление кислорода, МН/м2; А, В — постоянные коэффициенты.
Так, для условий выгорания сажистых частиц в высокотемпературном факеле мартеновской печи получены следующие значения коэффициентов А = 44,3; В = 125,7 Дж/моль.
74
При обработке данных был использован средний диаметр частиц сажи на оси факела, принималось допущение о прямолинейности движения частиц и равномерности обгорания частиц без уменьшения их числа. Время пребывания частиц сажи в факеле описывалось по формуле В. Г. Лисиенко (см. (4.90)).
Сложность представленных соотношений для образования и выгорания сажистых частиц пламени и неопределенность ряда констант, входящих в расчетные формулы, вынуждают обратиться к обработке имеющихся экспериментальных данных, чтобы с их помощью уточнить количественные данные.
Так как процесс выгорания сажистых частиц в факеле развивается в диффузионно-кинетической области, то в качестве параметра, влияющего на этот процесс, должно рассматриваться время пребывания частичек сажи в факеле, влияние которого на выделение сажистых частиц и необходимо было оценить количественно. Обширные данные по концентрации и выгоранию сажистых частиц в факеле различных углеводородных топлив были получены Международным комитетом по исследованию радиации факела в Эймейдене. В. Г. Лисиенко получил формулу для изменения концентрации сажистых частиц на оси пламени, обобщающую эти данные:
нормальных условиях); тпр — время пребывания сажистых частиц в факеле (по оси струи), с; ат — постоянная величина, зависящая от вида топлива. Коэффициенты А и В в формуле (4.86) равны:
Оценка в первом приближении времени пребывания частиц на оси факела с использованием закономерностей аэродинамики струй дает значение времени пребывания в пределах расстояния от среза сопла:
где Ст — концентрация топлива на оси струи, кг/кг; Зн — фактор неравноп-лотности струи при расчете т , в первом приближении Зн « 3 (см. формулу
Величина Ст связана с коэффициентом расхода воздуха на оси факела ат. для газового факела
h)A = ^<Xp-0,012) + B,
(4.86)
где [i0m — массовая концентрация сажистых частиц на оси факела, г/м3 (при
А = 27,6[(0,91/а/’25) - 1];
В = 0,3 = const — при ат > 0,63; В = 1,44 - 1,83аи — при ат < 0,63.
(4.87)
(4.88)
(4.89)
(4.90)
(4.17)).
75
CJC =1+аУ,
О т т О р’
для газомазутного факела горелок высокого давления
(4,91)
С0 am(LM0pB0+grLr0dp) + gr+g^p) 2)
^т &р 8 г
где L м и LJ — теоретически необходимый для полного горения мазута и газа, 0 0 3 3 3 соответственно, расход воздуха при а = 1,0 м /кг (м /м ) (при нормальных условиях);
в =G/G -,g = G/G ;g(nap) = G /G ; (4.93)
c>p p м’ г м’ dp nap m’ v 7
G, Gm, Gp и Gnap — массовый расход распылителя, мазута, газа и пара, кг/с. Подставляя значение х в формулу (4.86), получаем
пр
/
1,25
Vam
2,43 Ен(1 + amLo0p) —2- - 0,012
+ Я. (4.94)
Очевидно, используя формулу (4.94), мы можем судить о характере изменения концентрации сажистых частиц в функции am, а также оценивать некоторые факторы, влияющие на ход кривых изменения (j Такими факторами являются масштаб горелочного устройства D0 и скоростные характеристики горелки w0, а также вид топлива Zo0p и температурный режим процесса (параметр Н).
При приближении ащ к единице (поверхность стехиометрических концентраций топлива) величина А в формуле (4.86) приближается к нулю и даже становится отрицательной — с ростом времени пребывания в этой области практически почти полностью исчезают сажистые частицы. Это иллюстрирует график, изображенный на рис. 4.28, на который нанесены рассчитанные по формуле (4.94) относительные концентрации сажистых частиц вдоль оси струи.
Кривые 1 и 3 соответствуют сжиганию топлива с помощью газомазутных горелок, кривая 2 соответствует режиму реформации природного газа. Необходимые для расчета величины получили при помощи табл. 4.5. В случае промышленных факелов (кривые 1 и 2 при am-»l сажа почти полностью исчезает.
