CC BY
20
УДК 621.311
Ю. Н. Зацаринная, М. М. Андреева
ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ИНДИВИДУАЛЬНЫХ СИСТЕМАХ
ПЫЛЕПРИГОТОВЛЕНИЯ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМИ БУНКЕРАМИ
Ключевые слова: подготовка топлива к сжиганию, эксергия, пъглеприготовление, твердое топливо, индивидуальные
системы.
В статье рассмотрены основные процессы, которые претерпевает частица угля при подготовке ее к сжиганию, начиная от доставки на электростанцию и заканчивая сжиганием.
Keywords: preparation offuel for combustion, exergy, pulverizing, solid fuel, the individual .systems.
The article describes the main processes that undergoes coal particles in preparing her for combustion, from the delivery to the power plant burning and finishing.
В процессе подготовки топлива к сжиганию уголь претерпевает ряд изменений: его подвергают размораживанию, сушке, дроблению, кроме того, при нагревании угля происходит его термическое разложение на летучие компоненты и коксовый остаток.
Сушкой называется процесс удаления влаги из твердого влажного материала путём её испарения . При конвективной сушке происходит теплообмен между материалом и газообразным сушильным агентом - воздухом или продуктами сгорания. При этом нагретый воздух играет роль теплоносителя и среды, в которую осуществляется перенос влаги из материала.
Влажность материала характеризуется влагосодержанием W - отношением массы влаги вВЛ, содержащейся в материале, к массе абсолютного сухого материала вС:
В процессе удаления влаги W материала убывает, достигая при значительной продолжительности испарения равновесного влагосодержания WР, когда температура тела и воздуха становится одной и той же, а давление паров воды в материале равно парциальному давлению паров в воздухе.
На удаление влаги из материала затрачивается энергия, соответствующая разрыву связей между влагой и материалом. По величине энергии таких связей построена классификация различных форм связи влаги с твердым веществом.
Физико-механически связанная влага находится в крупных капиллярах и на наружной поверхности материала. Удаление этой влаги в процессе термической сушки требует затрат энергии, приблизительно равных теплоте парообразования жидкости.
Физико-химически связанная влага удерживается на внутренней поверхности пор материала адсорбционными силами. Количество адсорбционной влаги для одного и того же материала может быть различным в зависимости от внешних условий: температуры и влажности окружающей среды.
Химически связанная влага удерживается материалом наиболее прочно и, как правило, не удаляется из влажных тел при нагревании до 100 -120°С.
Кривую скорости сушки получают на основе экспериментальных данных об изменении среднего влагосодержания W во времени. Для этого проводят измерение массы материала во времени и строят кривую сушки: убыль влагосодержания - время (рис.1).
Рис 1
сушки
Кривая
wp wu Рис. 2 - Кривая скорости сушки
влажного материала
Кривую скорости рисунке 2 находят
сушки, путем
показанная на графического
дифференцирования кривой сушки или разбивкой её на равные по времени участки с последующем делением величины убыли влагосодержания на этих отрезках на длительность, т.е. на основе кривых сушки и скорости сушки можно найти начальную WН, критическое влагосодержание WK1, продолжительности различных стадий сушки, а также вычислить количество удаляемой влаги и интенсивность испарения влаги из материала т, рассчитываемую как количество испаренной влаги вВЛ за единицу времени т с единицы поверхности тела Б.
При сушке влажного материала при постоянной температуре и скорости обдува материала наблюдается: I) период постоянной скорости сушки; II) период падающей скорости сушки.
В каждом конкретном случае формы кривой сушки и скорости сушки зависят от структуры капиллярно-пористого тела, вида связи влаги с материалом, скоростей переноса тепла и массы внутри образца и внешнего массо- и теплообмена поверхности тела и окружающей среды.
В начале процесса сушки - стадия прогрева материала. Убыль влагосодержания происходит
медленно, а температура тела быстро становится постоянной и равной температуре мокрого термометра. Для тонких материалов этот промежуток времени на кривой сушки малозаметен. В 1-й период сушки влагосодержание уменьшается в течение времени по линейному закону. Следовательно, убыль влагосодержания в единицу времени будет постоянной. Этот период продолжается до некоторого критического влагосодержания, начиная с которого скорость сушки будет убывать. В период падающей скорости сушки на кривой сушки прямолинейней участок переходит в кривую, асимптотически приближающуюся к равновесному
влагосодержанию достигая которого скорость сушки становится равной нулю.
В период постоянной скорости сушки происходит удаление влаги с поверхности материала и из крупных пор. Скорость сушки определяется скоростью подвода тепла к материалу. Период падающей скорости сушки начинается тогда, когда на поверхности испарения влагосодержание равняется гигроскопическому (в то время как в центре оно больше). Во 2-й период удаляется связанная влага, удерживаемая в материале капиллярными и адсорбционными силами. В этом случае скорость определяется скоростью внутренней диффузии влаги из глубины тела к поверхности. Кривая скорости сушки во второй период имеет различную форму, которая зависит от режима сушки и вида связи влаги с материалом.
Для исследования кинетики процесса сушки необходимо знать поля влагосодержания и температуры, которые могут быть получены из решения дифференциальных уравнений массо- и теплообмена при соответствующих граничных условиях.
При постепенном нагревании в инертном газе уголь при температурах 620 - 670К начинает разлагаться с образованием первичных продуктов деструкции (летучих) и кокса. Выделение летучих наблюдается вплоть до температур 1220К. Процесс выделения летучих - это термическое реагирование, протекающее в органическом веществе, нагретом до температур, при которых неустойчивыми в органических молекулах становятся углерод-углеродные и углерод-водородные связи, являющиеся прочными при низких температурах . Большое влияние на выход летучих угля оказывает степень его измельченности, т.е. чем меньше частица, тем меньше сопротивление эвакуации летучих продуктов разложения.
Измельчением принято называть процесс увеличения поверхности материалов. В мельнице измельчение происходит одновременно с процессом сушки. Примерами его являются сухое и мокрое измельчение твёрдых тел, эмульгирование и распыление. Понятию «измельчение» близко понятие «смешение», под которым подразумевается тот же процесс увеличения поверхности. При смешении предполагается, что частицы одного из компонентов должны быть равномерно
распределены во всём объёме смеси без преодоления твёрдости. Таким образом, процессы измельчения, смешения, эмульгирования не могут быть резко разделены, так как они переходят один в другой. Обычно рассматривают процессы измельчения твёрдых хрупких тел как наиболее простые.
Основным в теории измельчения является установление количественной зависимости между дисперсностью измельченного продукта и энергией, затраченной на его диспергирование.
Наряду с этим законом в литературе широко известен закон измельчения Кирпичева-Кика, утверждающий, что энергия, необходимая для измельчения, пропорциональна объёму V измельчаемого материала.
Между законами Риттенгера и Кирпичева-Кика противоречий нет, так как первый из них описывает процесс измельчения, то есть процесс образования новой поверхности, а второй - процесс предельно упругого деформирования тела, предшествующий разрушению. Это долго не учитывали, что привело к образованию двух точек зрения: согласной первой из них считался справедливым закон Риттенгера, согласно второй -закон Кирпичёва-Кика. Лишь в 1943г. академиком П.А.Ребиндером было указано, что отмеченное выше противоречие кажущееся и что в соответствии с существованием двух стадий процесса измельчения тела - упругим деформированием и разрушением энергия измельчения должна представлять собой сумму энергий упругих деформаций (Кирпичёв-Кик) и образования новой поверхности (Риттенгер).
Таким образом, по закону Ребиндера установлено, что прочность реальных твёрдых тел значительно меньше расчётной прочности, определяемой на основании данных о их кристаллической решетке. Прочность реальных кристаллических материалов в сотни и тысячи раз меньше расчётной. Это объясняется наличием дефектов, распределённых в деформируемом объёме.
Литература
1. Агафонов Г.Ф., Соколов А. Д. Долгосрочные тенденции развития угольной промышленности мира и России // Известия РАН. Энергетика, 2004. №1. С. 26-33.
2. Росляков П.В., Изюмов М.А. Экологически чистые технологии использования угля на ТЭС. М.: Изд-во МЭИ, 2003. 125 с.
3. Мингалеева Г. Р., Зацаринная Ю.Н., Вачагина Е.К. Анализ работы системы топливоподачи и пылеприготовления тепловой электростанции, работающей на твердом топливе // Известия ВУЗов. Проблемы энергетики, 2005. №.1-2. С.14-20
4. Мингалеева Г. Р., Зацаринная Ю.Н., Цышевский Р. В. Эффективность подготовки твердого топлива на тепловых электростанциях и пути ее повышения // Материалы докладов V Международного симпозиума «Ресурсоэффективность. Энергосбережение». Казань, 1 - 3 декабря 2004г.
5. Назмеев Ю.Г., Конахина И.А. Организация энерготехнологических комплексов в нефтехимической промышленности. М.: Изд-во МЭИ, 2001.364 с.
6. Назмеев Ю.Г., Конахина И.А. Теплоэнергетические системы и энергобалансы промышленных предприятий. М.: Изд-во МЭИ, 2002. 407 с.
7. Пеккер Я. Л. Теплотехнические расчета по приведенным характеристикам топлива. М.: Энергия. 1977. 256 с.
8. Расчет и проектирование пылеприготовительных установок котельных агрегатов (нормативные материалы). Л.: ЦКТИ. 1971. 309 с.
Зацаринная Ю. Н., Рахматуллин Р.Р., Хабибуллин М. Н. Снижение себестоимости электроэнергии на тепловых электрических станциях/ Ю. Н. Зацаринная, Р. Р. Рахматуллин, М. Н. Хабибуллин // Вестник Казанского технологического университета. . - 2013. - №8 - С. 106-109.
10.Зацаринная Ю. Н., Рахматуллин Р. Р., Ризванова Г. И. Информационная транспортная шина предприятий (ЕББ) в распределенных энергетических компаниях / Ю. Н. Зацаринная, Р. Р. Рахматуллин, Г. И. Ризванова // Вестник Казанского технологического университета. -2013. - №5 - С. 278-280.
© Ю. Н. Зацаринная - канд. тех. наук, доцент кафедры Электрических станций КГЭУ, zac_jul@mail.ru; М. М. Андреева -канд. тех. наук, доцент кафедры автоматических систем сбора и обработки информации КНИТУ.
© J. N. Zatsarinnaya - Candidate. those. Associate Professor, Department of Electrical stations Kazan State Power Engineering University, home, zac_jul@mail.ru; М. М. Andreeva - candidate. those. Associate Professor, Department of automatic systems for the collection and processing of Kazan National Research Technological University.
