Математическая модель прогрева угольного шлама с учётом фазовых переходов и её апробация средствами кафедры ЭП и эт Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 621.181

Н.Н. Синицын, А.К. Кудрявцева, А.Н. Нохрин, В.А. Кушков ,Ю.В. Андреев, Н.В. Андреев

Череповецкий государственный университет Череповецкая ГРЭС Киришская ГРЭС

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОГРЕВА УГОЛЬНОГО ШЛАМА С УЧЁТОМ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ И ЕЁ АПРОБАЦИЯ СРЕДСТВАМИ КАФЕДРЫ ЭП и ЭТ

Рассмотрим нагрев цилиндра,

заполненного угольным шламом, в среде с постоянной температурой. В начальный момент времени т = 0 все точки цилиндра

имеют одинаковую температуру Цилиндр состоит из двух слоёв. Внутренний слой состоит из угольного шлама, наружный - из металлической оболочки. Влажность шлама

имеет

значение

W p,

t < t = 100 °с.

О ~ " исп

Коэффициент теплопроводности и

теплоёмкость зависят от температуры.

С2'Р2

дТ2 г, т

д_ дг

А.,

Г дТ2 г,т л дг

+ УГ- ^ , (2)

г дг

т>0, Rq >r>r0;

Расчётная схема представлена на рис. 1.

Задачу математически

сформулировать так:

можно

дТ г, т

crPi

dz

д_ дг

К

f дТ, г, т Л

дг

1 . дТх г,х

+ — Л]-

г дг

(1)

К

dtx г), т дг

= Х

р - р-гп •—: (3) дг dx

dV ,

-= k0 • exp

dx

E

RT2 г, x

(l-V); (4)

т > 0, rn > r > 0 ;

dm _dW dV dx d т dx

(5)

r

где

8пр='

Рис. 1. Схема расчёта прогрева угольного шлама:

, ^ , г - радиусы камеры, внешней и внутренней цилиндрических оболочек;п - координата фронта испарения влаги; § - сухая прослойка угольного шлама; 1, 2, 3, 4, 5,

6 - слои угольного шлама, содержащие влагу, не прогретую до 100 °С, прогретую до 100 °С, сухую массу, оболочку, газовое пространство, стенки камеры

Начальные условия:

Тх г,0 = Т2 г,0 =Т3 г,О =ТА г,О =Т0,

Т} г, О =Т6 г, 0 =Тк= сог^.

Граничные условия:

'1\ ПЛ =Т2 ц,х = Та< = сог^;

1 + £ К

1

приведенный

-1

Ч85

/

4 ^ 5

коэффициент излучения системы тел 4 и 5.

Здесь ^ г, т - текущая температура до фронта испарения влаги; Т2 г, т - текущая температура после фронта испарения влаги; г - текущие координаты; с, р, ^ , С , Рг , Х2 - коэффициенты (теплоемкости, плотности,

теплопроводности);

Жр - влажность угольного шлама; V - доля летучих веществ в угольном шламе; гп - теплота

парообразования; 0пов - тепловой поток на поверхности цилиндрической оболочки; е4 и е5 - степени черноты оболочки и камеры; ^ и ^ - площади поверхности оболочки и камеры; т - масса угольного шлама.

В системе уравнений первые два уравнения описывают прогрев угольного шлама до и после фронта испарения влаги. Третье уравнение определяет положение фронта испарения влаги.

Решение системы (1) - (6) дает возможность получить изменение массы угольного шлама во времени. Предложенная схема учитывает возникновение градиента температур по сечению с учетом изменения массы во время прогрева, сушки и выхода летучих веществ.

Установка для мониторинга массы угольного шлама при его нагревании приведена на рис. 2.

0ПОВ =^-5,67

А.

чЮО,

А.

чЮО,

(6)

0

п

Рис. 2. Установка для мониторинга массы угольного шлама

Угольный шлам набивается в трубку 1 из нержавеющей стали. Трубка закрепляется на конце длинного плеча, разноплечих рычажных весов 2 и уравновешивается перемещаемым грузиком 3 на коротком плече весов. После уравновешивания весы перемещаются по столу 4 так, что трубка с угольным шламом оказывается в середине нагреваемого объема электронагревательного устройства 5. Электронагревательное устройство позволяет устанавливать температуру нагрева от 0 до 1250 0С и автоматически поддерживать ее величину.

В отсчетное устройство изменения массы входит лазерный излучатель 6, зеркало 8 и отсчетная шкала 9. Зеркало с его креплением к короткому плечу весов смещает центр тяжести коромысла весов вниз от его оси вращения и создает противодействующий момент при отклонении весов от положения равновесия.

При нагреве угольного шлама из него улетучиваются пары и газы и равновесие весов нарушается. Зеркало 8 жестко скреплено с коротким плечом весов 2 и отклоняется вместе с ним, при этом отраженный луч 7 меняет свое положение на шкале 9. Так как весы предварительно тарированы, то по величине отклонения луча 7 на шкале можно судить об изменении массы угольного шлама.

Относительная погрешность измерений находится в пределах 10-4 - 10-3, что соответствует техническому взвешиванию повышенной точности. Для уменьшения погрешности следует увеличивать отношение массы угольного шлама к массе трубки, а также расстояние от зеркала 8 до шкалы 9. Внешние условия при измерении следует поддерживать неизменными. Установка (рис. 2) позволяет контролировать изменение массы и температуры материала во времени.

Список литературы 1. Рудо Н.М. Весы. Теория, устройство, регулировка и проверка. - М.; Л., 1957.