CC BY
34
Рис. 1. Установка для мониторинга динамики изменения массы вещества:
1 - печь; 2 - исследуемый образец (кора ели, березы); 3 - устройство для помещения образца в печь; 4 - весы высокой точности
В ходе опыта в печь 1 помещалось устройство 3 с исследуемым образцом 2, изменение массы фиксировалось на весах высокой точности 4. Эксперимент проводился с использованием секундомера. Размер частицы коры ели 40*40*3 мм, частицы коры березы 40x40x2,5 мм; температура, при которой проводились опыты, - 400 °С. На данной установке был проведен ряд экспериментов. Результаты представлены на рис. 2, 3.
Исходя из обобщенных опытных данных можно отметить, что для коры ели при температуре 400 °С появление запаха отмечено в период 2,5 - 3 мин., появление дыма - в период 2,5 - 3,5 мин., прекращение выхода дыма - в интервале времени 7 - 12 мин. Для коры березы при температуре 400 °С появление запаха отмечено в период 0,5 - 1 мин., появление дыма - в период 1,0 - 1,5 мин., прекращение выхода дыма - в интервале времени 10,5 - 18 мин. Таким образом, предложенная методика позволит определить конструктивные параметры плотного фильтрующего слоя материала, провести теплотехническую оптимизацию.
0 10 20 30 40 50
Интервал времени, мин
Рис. 2. Сжигание коры ели при температуре 400 °С
О 5 10 15 20 25 30
Интервал времени, мин
Рис. 3. Сжигание коры березы при температуре 400 °С
Литература
1. Иванов, С.И. Теория тепломассообмена / С.И. Иванов, И.А. Кожинов, В.И. Кофянов / под ред. А.И. Леонтьева. - М., 1979.
2. Самойлович, Ю.А. Тепловые процессы при непрерывном литье стали / Ю.А. Самойлович, С.А. Крулевец-кий, В. А. Горяинов, З.К. Кабаков. - М., 1982.
УДК 62-6
Н.Н. Синицын, Д.А. Домрачев, В. С. Грызлов
МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПРОГРЕВА ПЛОТНОГО СЛОЯ ТОПЛИВА В ТОПКАХ ДЛЯ СЖИГАНИЯ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ
В данной статье предложена методика расчета плотного слоя топлива системы подачи в топку котла.
Сжигание твердого топлива, наклонный слой, топочные газы, температурное поле слоя, коэффициент теплопередачи, порозность, сопротивление слоя.
The article suggests the methods of calculation of the dense bed of fuel of the fuel feed system into the boiler furnace.
Burning of solid fuel, sloping bed, flue gas, the temperature field of the bed, coefficient of heat transfer, porosity, bed resistance.
Сжигание топлива в наклонном состоянии является наиболее совершенным и распространенным принципом организации слоевого процесса, при этом с помощью конструктивных приемов обеспечивается постоянная толщина топлива и одинаковые условия для прохода воздуха и продуктов сгорания через
слой по всей площади колосниковой решетки. В топках с наклонным слоем возможно применение эффективных средств регулирования толщины материала в соответствии с видом сжигаемого топлива. Такое топочное устройство обеспечивают возможность сжигания древесины с широким диапазоном
изменения гранулометрического состава, начиная от опилок и заканчивая крупнокусковыми отходами и дровами.
При движении топлива по наклонной поверхности происходит его подсушка. При повышенной влажности древесного топлива увеличивают его толщину для интенсификации подготовки к сжиганию. Под колосниковую решетку подается воздух, обеспечивающий интенсивное сгорание слоя топлива при повышенных скоростях прохода воздуха и топочных газов через слой. Для нормального схода древесных отходов необходимо обеспечить требования к их гранулометрическому составу и предельной влажности, с повышением влажности и неоднородности состава отходов значительно ухудшаются условия их схода. Для сушки топлива под колосником подаются продукты сгорания, отбираемые после котла и имеющие температуру 250^350 °С. Схема сушки может быть полностью разомкнутой, когда все количество дымовых газов после котла подается на сушку, или полуразомкнутой, когда отбирается только часть газов. Для исключения выноса мелких фракций скорость циркуляции газов через слой топлива должна быть такой, чтобы сушильный агент на выходе из слоя имел скорость не более 0,5^0,8 м/с [3]. Необходимо также знать температуру материала по высоте слоя, температуру газов на выходе из слоя, время прогрева материала.
В качестве математического аппарата для расчета нагрева плотного слоя кусковых материалов потоком газа используются решения Шумана и Анцелиуса [1]. Они позволяют найти температурные поля в продуваемом газом плотном слое материала в любой момент времени от начала продувки, а также находить изменение температуры отходящих газов в процессе тепловой обработки (рис. 1).
У
0Г = «Г - С )/('Г - С) =1 - г I • І0 (2лДё) • йе , (2)
11 К
Рис. 1. Схема плотного фильтруемого слоя
Гг , С
Гм
> - температура газов и материала
на входе и выходе
Приводимые решения справедливы для случаев, когда начальная температура во всех точках слоя одинакова, а температура газа на входе в слой постоянна во времени. Для этих условий решение задачи Шумана в наиболее удобной для расчетов форме представляются следующими выражениями:
г ___
0м = (¿м - С)/« - С) = ^ | ^ • 10 (2^ • ае (1)
в которых относительные температуры для материала 0м и для газа 0Г определяются безразмерными числами высоты слоя У и времени 2: У = кьк/(СГюг ); 2 = к6х/(См(1 -/)), а ^(х) является функцией Бесселя первого рода от мнимого аргумента. Определение интегралов в (1) и (2) может быть произведено любым из известных способов.
(
Здесь к,. =
1
V1
V “у
Вт
м3К
суммар-
А(1 -/)•Хм у
ный коэффициент теплопередачи, учитывающий как внешнее, так и внутреннее тепловое сопротивление, в котором числовой коэффициент А = 75 для кусков произвольной формы; Хм - теплопроводность вещества частиц;/ - порозность слоя, к - высота слоя,
п Дж
м; Сг - средняя теплоемкость газа, -------; юГ -
кг • К Г°
скорость газов на входе в слой при нормальных условиях, м/с.
При анализе слоевых процессов удобнее пользоваться объемным коэффициентом теплоотдачи аг ,
связь его с обычным коэффициентом тепло-
Вт м3 • К
обмена аР относительно проста, так как поверхность 1 м3 слоя частиц для кусков неправильной формы диаметром ам составляет: Р = 7,5(1 - /) / ам ,
м2
м3
Таким образом: аг = аР • Р .
Расчет объемного коэффициента теплоотдачи проводится по формуле:
-• М',
,.0,9 гр Шг • Т г = 18^-^
йЛ./
где ТГ - средняя температура газов, К; а М' зависит, в основном, от равномерности распределения газов по поперечному сечению слоя и содержания мелочи. Для идеальных условий (калиброванный материал слоя, равномерное газораспределение по сечению) М' = 1.
При анализе механики газов в плотном слое весьма важными задачами являются расчеты аэродинамической границы стабильного состояния сопротивления слоя и обеспечение равномерного распределения скорости газов и материала. Последнее важная предпосылка для однородности тепловой обработки материала.
Площадь поперечно сечения слоя Рсл зависит от производительности установки и определяется на
УГ „
основе соотношения Рсл = ——, где VГ - объемный
ЮГ
0
М
і
г
0
расход газов, рассчитываемый на основе теплового и материального балансов, юГ - расчетная скорость
газов, отнесенная к свободному сечению слоя. Расчетная скорость обычно принимается равной (0,6^0,9) юГ - предельная скорость газов, при превышении которой слой нарушается и переходит в кипящий (псевдоожиженный) слой. В расчетах юГ принимается равной скорости начала закипания слоя.
Сопротивление слоя материала высотой к, в пределах которой перепады давления и температуры газов принимаются малыми относительно их абсолютных значений, можно определить по следующей зависимости [2]:
Ар =----------
й!р
к Рг (шг02)
2
2 \2 ^ •іс
где Хсл - коэффициент сопротивления в слое, определяется обычно экспериментальным путем; -
средний размер куска в слое.
Средний размер куска можно определить по фор-1 п Др.
муле: —— = ^—~~, где Др1 - массовая доля частиц
¡=1 а'к
узкой фракции со средним диаметром ё'к , п - количество фракций.
Для кусков неправильной формы [2]:
воздух с постоянным расходом, поток воздуха проходит через слой частиц коры одинакового размера. и-образные манометры замеряют перепад давления в трех точках бункера 1. Исследования проведены для частиц коры ели и березы размером 10 и 20 мм, рассматриваются три постоянных расхода воздуха.
Результаты исследования приведены на рис. 3.
Кора ели
- расход 0,240; кора 10мм
- расход 0,240; кора 20мм
0,530; 10мм 0,530 20мм 0,635;10мм 0,635;20мм
Точки замера давления 1-3 (соответствуют У-образным манометрам 3-5)
га га ^ % 5 %
с ю
о
Кора березы
расход 0,240; кора 10мм расход 0,240; кора 20мм 0,530; 10мм
0,530 20мм
0,635;10мм
0,635;20мм
Точки замера давления 1-3 (соответствуют У-образн ым манометрам 3-5)
Рис. 3. Замеры давления в трех точках установки для коры ели и березы
1сл =
1,53
75
15
К-Є0 • кт
Є0 • кт
где ЯЄ0 = Шг / V; кт = -
0,45
- коэффи-
(1- тп с) • т
циент, зависящий от порозности тпс, определяется экспериментально.
Были проведены опыты для кусков коры ели и березы с использованием установки, показанной на рис. 2.
Рис. 2. Схема установки для исследования аэродинамики плотного слоя
1 - бункер круглого сечения; 2 - частицы исследуемой коры;
3, 4, 5 - И-образные манометры; 6 - счетчик газа;
7 - нагнетатель воздуха
Эксперимент состоит в следующем: в бункере 1 находятся частицы коры. Устройство 7 нагнетает
Результаты, представленные на рис. 3, отражают зависимость между расходом воздуха (0,635 м3/мин.; 0,530 м3/мин. и 0,240 м3/мин.), проходящего через слой насыпки коры размером 10 мм и 20 мм, и давлением в разных точках сечения установки.
Общее сопротивление слоя высотой Н, разделенного на N начальных участков:
Предложенная методика расчета плотного неподвижного слоя позволит проводить теплотехническую оптимизацию системы подачи твердого топлива в топку котла и выбирать такие значения параметров плотного слоя, при которых обеспечивается снижение уровня энергоемкости процесса.
Литература
1. Зобнин, Б.Ф. Теплотехнические расчеты металлургических печей / Б.Ф. Зобнин, М.Д. Казяев, Б.И. Китаев,
B.Г. Лисиенко, А.С. Телегин, Ю.Г. Ярошенко. - М., 1982.
2. Ключников, А.Д. Теплообмен и тепловые режимы в промышленных печах / А.Д. Ключников, В.Н. Кузьмин,
C.К. Попов. - М., 1990.
3. Любов, В.К. Повышение эффективности энергетического использования биотоплив / В.К. Любов, С.В. Лю-бова. - Архангельск, 2010.
4.2
т
п.с
І = 1
