CC BY
9
УДК 621.182: 624.136
ИНФИЛЬТРАЦИЯ ВОДЫ В ПРОМОРОЖЕННОМ КРУПНОЗЕРНИСТОМ ШЛАКЕ
Е.П. ХАГЛЕЕВ, П.Е. ХАГЛЕЕВ Сибирский федеральный университет
Работа посвящена экспериментальной проверке достоверности динамического критерия инфильтрации воды в промороженном крупнозернистом шлаке при осуществлении зимнего намыва дренированных шлакоотвалов тепловых электростанций.
Ключевые слова: инфильтрация воды, лидирующий объем инфильтрационного потока, динамический критерий, диаметр частиц шлака, температура, промороженный шлак.
Введение
Авторами настоящей работы установлена принципиальная возможность инфильтрации водной составляющей пульпы в промороженном шлаке [1] и дана критериальная оценка условий, при которых вода сохраняет возможность двигаться в его поровых каналах [2]. Полученные результаты позволяют утверждать, что намыв дренированных шлакоотвалов тепловых электростанций можно проводить не только в теплое время года [3], но и в зимний период. В связи с этим решение инженерных задач по разработке технологии зимнего намыва дренированных шлакоотвалов является весьма актуальным.
Результаты предварительного эксперимента по инфильтрации воды в промороженном шлаке [1], а также результаты наблюдений за водопроницаемостью мерзлых песчано-гравелистых грунтов [4] позволили выявить эффект не только сохранения водопроницаемости указанных пористых сред, но и при определенных значениях льдонасыщения: в = У/Уп, где Ул, Уп - соответственно объемы льда и поровых каналов, - снижения гидравлического сопротивления, а значит повышения водопроницаемости этих сред. Применительно к мерзлым песчано-гравелистым грунтам такой эффект наблюдается при льдонасыщении в < 0,2 [4]. Дальнейший рост льдонасыщения приводит к заметному снижению водопроницаемости мерзлых грунтов £р < £0, до полного ее исчезновения £р = 0, где £р, к0 - коэффициент проницаемости (водопроницаемости) грунтов, соответственно при льдонасыщении в Ф 0 и в = 0. Т. к. частицы шлака в фильтрационном отношении практически не отличаются от частиц гравелистого грунта, можно найти величину критического радиуса поровых каналов промороженного шлака, соответствующего критической величине льдонасыщения гравелистых грунтов вкр = 0,2. Путем несложных геометрических преобразований нами установлено, что относительный критический радиус порового канала составляет К кр = гкр/г0= 0,9, где гкр , г0 - соответственно радиусы порового канала, м, критический после намерзания на его стенках ледяной пленки критической толщины 5кр = г0 - г,ф при в = вкр и первоначальный для шлака в талом состоянии при в = 0. Из сопоставления времени намерзания пленки льда критической толщины 5кр и времени полной замены
© Е.П. Хагяеев, П.Е. Хагяеев Проблемы энергетики, 2013, № 5-6
частиц лидирующего объема (ЛО) инфильтрационного потока воды на тыловые частицы, имеющие более высокий тепловой потенциал, получен критерий [2]
Кдин = РОкр / РОп.з > 1,
где Бокр = ткрaJr0 - число Фурье, соответствующее времени намерзания пленки льда критической толщины ткр, с; ав - коэффициент температуропроводности воды, м2/с; г0 - первоначальный радиус порового канала, м; Ропз = тп.зав/г02 - число Фурье, соответствующее времени полной замены частиц ЛО - тпз на тыловые частицы.
Представленный критерий, назовем его динамическим, позволяет установить условия, при которых инфильтрующаяся вода сохраняет способность двигаться в промороженном шлаке при его проницаемости не меньшей первоначальной, т. е. кр > к0 при 5р < 5кр и соответственно Лр > Лкр= 0,9, где 5р, Лр - соответственно толщина ледяной пленки и относительный радиус канала при льдонасыщении равном Р < Ркр= 0,2.
В работе [2] представлена критериальная оценка проницаемости крупнозернистого шлака с диаметром частиц ё > 2,0 мм, промороженного до температуры ?ш = -(10...50) °С (рис.1). Отметим, что среднемесячная температура наиболее холодного месяца (январь) для городов Сибири составляет порядка от -17,4 (г. Тюмень) до -26,2°С (г. Чита), лишь в г. Якутске эта температура опускается до -50 °С. Как видно, динамический критерий для крупнозернистого шлака значительно превышает единицу даже при относительно низкой отрицательной температуре шлака. Например, для шлака с диаметром частиц ёср = 3 (2.4) мм Кдин = 2,5.25, а для шлака с
ёср = 5,0 (4.6) мм Кдин = 10___1031. Т. е. полная замена частиц воды в ЛО будет
происходить быстрее (в 2,5_25 раз в шлаке с ёср = 3,0 мм и в 10___100 раз - в шлаке с
ёср = 5,0 мм), чем успеет намерзнуть критический слой льда на стенках поровых каналов. То есть вода в промороженном крупнозернистом шлаке с ё > 2,0 мм с многократным запасом сохраняет способность двигаться в условиях кр > к0 при Яр > Якр,
5р < 5кр.
30 25 20 15 10 5 0
-10 -20 — ¿=2...4 мм; —
-30 -40 -50 ¿=4.6 мм;----Кдин=1
Рис. 1. Динамический критерий инфильтрации воды в промороженном шлаке в зависимости от размеров частиц шлака и их температуры
Таким образом, согласно критериальной оценке зимний намыв дренированных шлакоотвалов можно проводить с использованием пульпы, содержащей крупнозернистый шлак с ёср > 2,0 мм. Промерзание верхних слоев шлакоотвала,
'Меньшее значение соответствует более низкой температуре шлака. © Проблемы энергетики, 2013, № 5-6
сложенного из крупнозернистого шлака, не будет препятствовать проведению зимнего намыва. Водная составляющая пульпы будет свободно протекать через толщу промороженного крупнозернистого шлака. Для проверки достоверности результатов критериальной оценки нами были проведены контрольные испытания на физических моделях по инфильтрации воды в промороженном крупнозернистом шлаке.
Методика проведения эксперимента по инфильтрации воды в промороженном крупнозернистом шлаке
Испытуемый шлак представлял собой смесь шлака с частицами от 0,5 до 12 мм. Характерные размеры частиц шлака следующие: = 2,2; ^50 = 4,8; й60 = 5,6 мм, частиц меньше 2,0 мм в смеси составляет < 8%. Несмотря на довольно широкий диапазон размеров частиц (0,5... 12 мм), данный шлак относится к однородному по составу -П = ^60М0= 2,54 крупнозернистому шлаку со средним диаметром частиц й50 =4,8 мм.
В испытании использовали воду из водопроводной сети. При этом воду сливали из крана в течение 0,5 ч до установления устойчивой температуры, которая в данный момент (февраль 2011г. в г. Красноярске) составляла порядка ?в= (3,0.3,5) °С.
Экспериментальная установка, как и в случае пробных испытаний по установлению принципиальной возможности инфильтрации воды в промороженном шлаке [1], была представлена в виде теплоизолированной призматической колонны высотой 2 м, но с некоторыми отличиями: во-первых, стенки колонны были не металлическими, а выполнены из ПВХ-панелей, и во-вторых, колонна имела большее поперечное сечение - 250 X 250 мм. Перфорированное днище колонны покрывалось дренажным слоем, отсыпанным по принципу обратного фильтра. На слой дренажа укладывался испытуемый влажный шлак. Под колонной для сбора профильтровавшейся воды устанавливали водосборный лоток и дренажный насос для откачки этой воды.
Распределение температуры шлака по высоте колонны было переменным в отличие от пробного эксперимента [1], в котором температура по всей высоте колонны в каждом из трех опытов была постоянной на уровне либо - 8, либо - 12, либо - 17 °С . Распределение температуры, принятое в контрольном опыте, где с глубиной температура повышалась от - 28 на поверхности до 0°С на дне колонны, было ближе к реальному распределению:
• от дна колонны до отметки 0,5 м температура шлака менялась от 0 до минус 4,5 °С;
• от 0,5 м до 1,5 м - от минус 4,5 до минус 8 °С;
• от 1,5 м до 2 м температура менялась от минус 8 до минус 28 °С.
В верхней части колонны, где предполагается наиболее интенсивный теплообмен между инфильтрующейся водой и частицами промороженного шлака было установлено, начиная от поверхности слоя шлака, пять измерительных створов на глубинах, соответственно, 0,0; 10; 20; 30 и 50 см, три из которых контрольные створы: 10-30-50 см.
В контрольных створах для раздельного измерения температуры частиц шлака и температуры воды были изготовлены на базе цифровых термометров Б818Б20 два типа термодатчиков: первый из них - для определения температуры частиц шлака, а второй - температуры фильтрующей воды. Первый тип датчиков изготавливался путем оклеивания головки датчика смесью, состоящей из тонкозернистых частиц шлака и силикатного клея, принимая во внимание, что частицы шлака - это застывшая стекловидная масса. Второй тип в представлял собой датчик, головка которого помещалась в сетчатый футляр. Фильтрующаяся в промороженном шлаке вода свободно протекала через сетчатый футляр, омывая головку термодатчика. В процессе наполнения колонны шлаком в контрольных створах попарно размещали датчики © Проблемы энергетики, 2013, № 5-6
температуры указанных выше двух типов. Для гарантированного протекания инфильтрующейся воды через сетчатый футляр и омывания, тем самым, термодатчиков второго типа в контрольных створах были помещены улавливающие воронки с центральным отверстием, куда устанавливали термодатчики для измерения температуры частиц шлака и инфильтрующейся воды. В створах 0,0 и 20 см были установлены одиночные цифровые термометры Б818Б20, головки которых не оснащались приборами.
В остальных измерительных створах, расположенных в нижней части колонны на глубине 100-150-180-200 см от поверхности слоя шлака, размещали термодатчики ДТС 024-50М.В3.20/2 также без какого-либо искусственного их оснащения.
Результаты эксперимента и их анализ
Опыт был проведен в зимнее время на открытом воздухе при температуре tн = -28 °С. Воду в колонну подавали с помощью напорного шланга диаметром 20 мм в течение 45 мин с температурой 3,5 °С и расходом 0,5 л/с (рис. 2), соответствующего расходу в натурных условиях (5... 8) л/с [3].
Рис. 2. Проведение эксперимента по инфильтрации воды через слой промороженного крупнозернистого шлака: а) подача воды в колонну со шлаком; б) истечение инфильтрующейся воды через перфорированное днище колонны; 1 - водонапорный шланг; 2 - струя воды; 3 - поверхность слоя промороженного шлака; 4 - стенки колонны; 5 - выводные кабели термодатчиков; 6 - струйки профильтровавшейся воды; 7 - перфорированное днище колонны; 8 - водосборный лоток с
профильтровавшейся водой.
С начала подачи воды лидирующий объем инфильтрационного потока прошел колонну за 75 с, т. е. со средней скоростью 2,7 см/с (^ср= 2/75 = 0,027 м/с). Данный опыт, назовем его А, можно сравнить с опытом третьей серии эксперимента по установлению принципиальной возможности инфильтрации воды в промороженном шлаке [1], выполненным с более крупным шлаком со средним диаметром частиц ёср=6,0 мм при температуре - 12 °С по всей высоте колонны, назовем его опытом Б. Средний по высоте колонны дефицит теплоты промороженного шлака в опыте Б составил порядка ~ 10000, а в опыте А - QА ~ 7000 кДж/м2. Несмотря на больший дефицит теплоты, при одном и том же расходе воды (0,5 л/с) в опыте Б средняя скорость продвижения ЛО в колонне составила 6,7 см/с (0,067 м/с), что в 2,5 раза выше, чем в опыте А.
Полученный результат подтверждает справедливость динамического критерия инфильтрации [2], количественно определяющего условия движения воды в переохлажденной пористой среде, в частности в промороженном шлаке. Так, в опыте Б при ёср= 6,0 мм и ?ш = - 12 °С согласно расчетам динамический критерий Кдин = 94, а в опыте А при ёср = 4,8 мм и tш = - 8,2 °С (здесь средняя по высоте колонны температура) © Проблемы энергетики, 2013, № 5-6
Кдин = 50. Если в опыте А за определяющую температуру шлака принять среднюю температуру не всей колонны, а ее верхней части - = - 18,0 °С, то критерий в этом случае Кдин = 30. В обоих случаях условия инфильтрации благоприятней в опыте Б, где шлак представлен более крупными частицами, чем в опыте А, хотя и с большим дефицитом теплоты.
Термодатчики второго типа, регистрирующие температуру воды в поровых каналах, точно устанавливают момент прохождения лидирующего объема (ЛО) потока воды через контрольные створы (10-30-50 см). Этот момент соответствует точке излома в температурных графиках (рис.3)1. Так, ЛО поступает в створ 10 см за 10 с от начала подачи воды в колонну, что соответствует средней скорости прохождения первого участка равной w1 = 1,0 см/с (0,01 м/с). В створ 30 см ЛО поступает за 15 с, т. е. второй участок ЛО проходит со скоростью - W2 = 2,0 см/с, а в створ 50 см ЛО поступает за 24 с - w3 = 2,1 см/с. Эксперимент показывает, что скорость движения ЛО инфильтрационного потока не только не падает, а нарастает по мере его прохождения через слой промороженного шлака.
ю
50 см вода
30 см вода
I— 50 см шлак - 30 см шлак
10 см иодя -А-10 см шляк
Рис. 3. Динамика изменения температуры воды и шлака в различных по глубине контрольных створах
Далее температура воды в контрольных створах повышается в процессе продолжающегося нагрева пористой среды. В створе 10 см температурная кривая нарастает от 0 °С и через 2 с приобретает температуру ?в = (3,0.3,5) °С. В створе 30 см температура воды задерживается на уровне 0 °С в течение 2-3 с. Затем за промежуток времени 10-13 с достигает ?в = (3,0.3,5) °С. В створе 50 см температурная кривая после прохождения точки 0 °С в течение 27 с держится на уровне (0,5.1,0) °С, затем еще через 45 с приобретает температуру ?в = (3,0.3,5) °С (рис. 3).
В контрольном створе 50 см температура воды, после перехода через 0 °С, в течение 27 с удерживалась на уровне порядка (0,2.0,5) °С (рис. 3). Т. е. частицы воды на пути от первого створа 10 см до створа 50 см охлаждаются с 3,5 до 0,2 °С и продолжают свое движение практически за счет теплового потенциала в виде скрытой
1 Задержка в течение нескольких секунд: Ат = 3 с в створе 10 см; Ат = 12 с в створе 30 см и Ат = 5 с в створе 50 см, с которой термодатчики начинают показывать нулевую температуру от исходного их температурного значения соответственно 1д = -28, -14, и -18 °С, объясняется тепловой инерцией термодатчиков.
т, с
теплоты фазового перехода. На 35-й секунде от начала поступления воды в створ 50 см сюда стала поступать вода с избыточной температурой, величина которой, постепенно нарастая в течение еще 40 с, достигла 3,5 °С (рис. 3). Эксперимент позволил получить весьма важный результат, который подтверждает гипотезу о сохранении ЛО инфильтрационного потока воды способности перемещаться в поровых каналах переохлажденной пористой среды, в частности промороженного шлака, вследствие непрерывного замещения его частиц тыловыми частицами, имеющими более высокий тепловой потенциал, чем замещаемые ими частицы ЛО.
Термодатчики первого типа, регистрирующие изменение температуры частиц шлака, попав в поток инфильтрующейся воды (на графиках точка излома), показывают, что частицы шлака относительно быстро прогреваются от своей первоначальной температуры до 0°С. Так в створе 10 см частицы шлака, несмотря на низкую первоначальную температуру = -28 °С, прогреваются за Ахш= 12 с; в створе 30 см с t0 = -14 °С за Атш = 20 с и в створе 50 см с t0 = -8 °С за Атш = 17 с (рис.3).
В первых двух створах термодатчики первого типа показывают, что температура частиц шлака, практически непрерывно изменяясь, проходит через 0 °С. Это говорит о том, что в эти створы вода поступает с достаточно высоким тепловым потенциалом, и пленка льда, образующаяся на поверхности частиц шлака, за время, указанное выше, соответственно 12 и 20 с оттаивает. Температура же частиц шлака в створе 50 см, выйдя на 0 °С, еще в течение 20 с не меняется. Т. е. пленка льда, намерзшая на поверхности частиц шлака в этом створе, сохраняется в течение 17+20 = 37 с, после чего она оттаивает. Во всех створах частицы шлака, омываемые водой с ^ > tф, где tф - температура фазового превращения воды в лед, стали постепенно нагреваться и приблизительно через 18, 25 и 40 с в соответствующих створах 10, 30 и 50 см приобрели температуру, близкую температуре воды, ~ 3 °С (рис.3).
Таким образом, если величина динамического критерия инфильтрации многократно превышает единицу, а это имеет место в случае инфильтрации воды в промороженном крупнозернистом шлаке (рис. 1), то льдонасыщение и пленки льда, образующиеся на стенках поровых каналов, остаются ниже критического значения в < Ркр= 0,2 и 5р < 5кр, а проницаемость шлака в целом становится выше первоначальной - кр > к0 подтвердился. Как показали опыты [5, 6] по тепловому взаимодействию воды и частиц промороженного шлака в статических условиях, проведенные на крупнозернистом шлаке с размером частиц (2.4) мм и выше, дефицит теплоты частиц шлака, оказавшихся в окружении воды, достаточен лишь для образования пленки льда на их поверхности в количестве не более 10-15 % от объема порового пространства, т.
е. льдонасыщения в= 0,1___0,15< вкр. При этом сужение поровых каналов за счет
образования пленок льда не перекрывает эффекта снижения шероховатости стенок поровых каналов. Принимая во внимание, что лидирующий объем инфильтрационного потока воды прошел всю колонну за 75 с, то 12, 20 и 37 с «жизни» пленки льда на поверхности шлаковых частиц являются достаточно большими отрезками времени, влияющими на процесс инфильтрации в сторону повышения скорости движения воды в поровых каналах шлака.
Термодатчики сопротивления типа ДТС 024-50М.В3.20/2, установленные на более глубоких уровнях: 100-150-180-200 см, регистрировали в основном температуру воды. Т. к. чувствительные головки этих датчиков, не покрытые смесью, имитирующей шлак, омывались инфильтрующейся водой, а их точечные контакты с частицами шлака практически не оказывали какого-либо влияния на показания датчиков. Через 3 мин от начала опыта термодатчики в глубинных створах показывали соответственно температуру от 1,5 до 0,0 °С. Далее температура воды на выходе из колонны постепенно повышалась от 0 до 3 °С в конце опыта, длившегося 45 мин. Температура
шлака по всей высоте колонны в инфильтрационном потоке воды в конце опыта также повысилась до 3 °С.
Для установления факта формирования компактного инфильтрационного потока воды без его растекания в массиве промороженного крупнозернистого шлака была смонтирована фильтрационная колонна меньших размеров.
Эксперимент по определению конфигурации инфильтрационного потока воды в толще промороженного крупнозернистого шлака
Какие силы действуют на частицы воды в условиях безнапорной фильтрации и как при этом будет формироваться инфильтрационный поток?
В условиях безнапорной инфильтрации воды в однородном по составу и свойствам слое промороженного шлака действуют силы тяжести, силы вязкостного трения, возникающие при обтекании частиц шлака, покрытых пленкой льда, силы взаимного притяжения отдельных частиц воды в инфильтрационном потоке и силы поверхностного натяжения. Отрицательная температура частиц шлака каких-либо сил механического воздействия на частицы воды не оказывает. Пленка льда, образующаяся на частицах шлака, лишь сужает поперечное сечение поровых каналов. Но, как сказано выше, согласно критериальной оценке [2] проницаемость крупнозернистого промороженного шлака с dср > 2,0 мм не становится ниже первоначальной: Кдин > 1, Яр > Якр, кр > к0. Под действием двух первых сил частицы воды находятся в состоянии вертикального падения, под действием двух других и в особенности третьей силы частицы воды стягиваются в единый поток. Разобщение потока воды могло бы произойти при ее падении с большой высоты в атмосфере воздуха, а при падении в шлаке, даже крупнозернистом, скорости инфильтрации недостаточно для аэрации потока. Таким образом, априорный анализ условий безнапорной инфильтрации воды в промороженном шлаке в условиях его высокой проницаемости позволяет предположить, что поток инфильтрующейся воды будет представлять собой подвижное тело в виде инфильтрационного столба цилиндрической формы.
Колонна была выполнена из ПВХ трубы диаметром 160 мм и высотой 1,5 м. В качестве испытуемого шлака был принят тот же шлак с ё50 =4,8 мм, что и в основном эксперименте.
Начальная влажность шлака была относительно низкой (порядка 0,8%) с целью получения сыпучего промороженного шлака. Предполагалось сохранить пристенные слои шлака в сыпучем состоянии для опорожнения колонны после опыта и последующего изучения геометрических параметров и конфигурации инфильтрационного потока воды.
Сыпучий шлак после промораживания до - 30 °С был засыпан в колонну. По мере засыпки в контрольных уровнях устанавливались цифровые термометры Б818Б20. Расход воды в опыте принимали равным 0,2 л/с, что в 2,44 раза меньше, чем в основном эксперименте, т. е. пропорционально соотношению площадей поперечного сечения установок-колонн основного и дополнительного экспериментов. Воду в течение 10 мин подавали из водопроводного крана с температурой 3,2°С с помощью того же напорного шланга.
Вода свободно профильтровалась через толщу шлака с вышеуказанными параметрами: йш=1,5 м и - 30 °С. После прекращения подачи воды колонна в течение трех суток выдерживалась на открытом воздухе при температуре tн= - 10 °С. Тонкие пленки остаточной манжетной воды в местах контакта частиц шлака, превратившись в лед, сцементировали частицы шлака, попавшие во время проливания колонны в поток инфильтрующейся воды. В результате в колонне образовался льдошлаковый столб, зафиксировавший собой конфигурацию потока инфильтрующейся воды.
После повторного промораживания и таким способом фиксации тела инфильтрационного потока воды колонна была занесена в помещение и опорожнена. На фото четко видно застывшее тело инфильтрационного столба воды цилиндрической формы (рис.4). Полость, ранее занятая пристенным слоем сыпучего шлака, составила порядка 30 мм, а диаметр цилиндрического столба инфильтрационного потока - 100 мм (рис. 4).
/ 2
Рис.4. Застывшая конфигурация инфильтрационного потока воды в крупнозернистом промороженном шлаке в условиях инфильтрации Кдин > 1, Яр > Я^, кр > к0: а) общий вид столба инфильтрационного потока воды; б) концевая часть столба в более крупном масштабе (после ее раздробления); 1 -льдошлаковый столб инфильтрационного потока воды цилиндрической формы; 2 - сыпучий промороженный шлак пристенной зоны
Предположение о том, что инфильтрационный поток воды под действием сил тяжести, вязкостного трения, взаимного притяжения отдельных частиц воды в инфильтрационном потоке и сил поверхностного натяжения примет столбчато-цилиндрическую форму (рис. 4) полностью подтвердилось. Т.е. нет причин частицам воды перемещаться в поперечном направлении, кроме случаев, когда поток инфильтрующейся воды встречает на своем пути препятствие в виде, например, слоя шлака с низкой проницаемостью.
В заключение отметим, что с точки зрения разработки технологии зимнего намыва дренированных шлакоотвалов важной представляется задача по определению критического размера частиц шлака, при котором инфильтрация водной составляющей пульпы либо полностью прекращается, либо снижается до значений существенно меньше расчетных, принятых из условия транспортировки шлака по пульпопроводам. Согласно критериальной оценке условие снижения проницаемости промороженного шлака: Кдин< 1, Р > ркр, Яр < Якр и кр < к0 наступает при диаметре частиц шлака < 1,5 мм, т. е. при средне- и мелкозернистом шлаке. Авторами проведена экспериментальная проверка справедливости критериальной оценки критического размера частиц промороженного шлака, но ввиду ограниченности объема настоящей статьи результаты эксперимента планируется опубликовать позже.
Выводы
1. Экспериментально подтверждена справедливость динамического критерия инфильтрации, количественно оценивающего условия, при которых инфильтрующийся поток воды может свободно перемешаться в переохлажденной пористой среде, в частности в промороженном шлаке.
2. Частицы лидирующего объема (ЛО) потока воды при условии, когда Кдин >> 1, многократно быстрее замещаются тыловыми частицами, чем успевает
намерзнуть пленка льда на стенках поровых каналов критической толщины. В контрольном эксперименте для верхнего слоя крупнозернистого шлака (d50 =4,8 мм) со средней температурой tm = - 18 °С динамический критерий согласно расчетам равен Кдин = 30. Т. е. частицы ЛО в 30 раз быстрее замещаются тыловыми частицами, чем успевает намерзнуть пленка льда с 5р < 5кр. При этом создаются условия для свободного протекания воды в толще промороженного шлака. В данном случае инфильтрационный поток прошел слой промороженного от 0 до - 28 °С шлака толщиной в 2,0 м за 75 с со средней скоростью 2,7 см/с.
3. Сравнение двух опытов: основного - А и предварительного - Б [1], в последнем из которых использовался более крупный шлак (d^ =6,0 мм), динамический критерий составил Кдин = 94 против Кдин = 30 в опыте А, - показало, что в опыте Б, несмотря на больший дефицит теплоты, была зафиксирована средняя скорость прохождения воды через слой промороженного шлака в 2,5 раза выше, чем в опыте А. Полученный результат также подтверждает правомерность критериальной оценки проницаемости промороженного шлака.
4. Снижение гидравлического сопротивления шлака, происходящего в результате покрытия стенок поровых каналов тонкой пленкой льда
(Р = =0,1___0,15< Ркр) и способствующего повышению проницаемости промороженного
шлака (kp > k0), приобретает особо важное значение при зимнем намыве дренированных шлакоотвалов. Эксперимент показал, что образующиеся пленки льда в течение достаточно длительного периода времени, сравнимого со временем прохождения ЛО всей толщи промороженного шлака, сохраняются на стенках поровых каналов.
5. Предположение о формировании компактного инфильтрационного потока воды в массиве промороженного крупнозернистого шлака в условиях его высокой проницаемости в виде инфильтрационного столба цилиндрической формы получило экспериментальное подтверждение.
Summary
The water infiltration in frozen slag dynamic criterion was introduced for develop a technology of drained slag heap of heatpower station winter inwash. The memoir devote to experimental validation of the dynamic criterion in case of coarse-grained slag.
Keywords: water infiltration; infiltration flow leading volume; dynamic criterion; slag grains diameter; temperature; frozen slag.
Литература
1. Хаглеев Е. П., Хаглеев П. Е. О возможности продления срока намыва шлака в дренированный шлакоотвал // Изв. вузов. Проблемы энергетики. 2010. № 5-6. С 96-103.
2. Хаглеев Е. П., Хаглеев П. Е. Критериальные оценки водопроницаемости промороженного шлака // Изв. вузов. Проблемы энергетики. 2011. № 11-12. С 10-19.
3. Руководство по проектированию дренированных золоотвалов тепловых электрических станций. (П. 64-77). Л.: Энергия, 1977. 67 с.
4. Оловин Б. А. Фильтрационная проницаемость вечномерзлых грунтов. Новосибирск: ВО «Наука». Сибирская издательская фирма, 1993. 257 с.
5. Хаглеев Е. П., Хаглеев П. Е. Экспериментальная оценка теплового баланса водной составляющей пульпы и промороженного шлака в статических условиях // Перспективное развитие науки, техники и технологий: Материалы международной научно-практической конференции / Юго-Зап. гос. ун-т. Курск, 2011. С. 240-243.
6. Кулагина Т. А., Хаглеев Е. П., Хаглеев П. Е. Влияние параметров промороженного шлака на количество подвижной воды в условиях их статического взаимодействия // Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии. Красноярск, 2011. 4 (6). С. 653-660.
© Проблемы энергетики, 2013, № 5-6
Поступила в редакцию 27 февраля 2013 г.
Хаглеев Евгений Петрович - канд. техн. наук, доцент, профессор кафедры «Теплотехника и гидрогазодинамика» Сибирского федерального университета. Тел.: 8 (913) 0377356. E-mail: [email protected].
Хаглеев Павел Евгеньевич - старший преподаватель кафедры «Теплотехника и гидрогазодинамика» Сибирского федерального университета. Тел.: 8 (913) 0377356. E-mail: [email protected].
