4.3 Поширення вогневого забою в каналі газифікації
4.3.1 Три направления распространения огневого забоя
Представим, что в угле имеется канал круглого сечения в который с одного конца подается дутье, а с другого выводится газ. На некотором расстоянии от одного из концов канал произведено зажигание угля, т. е. создан огневой забой по линии АА (рис. 4.3). После этого дутье, поступающее в канал, вступает в химическое реагирование с углем вначале по линии АА, а по истечении ОЗ распространится от своего начального положения в различных направлениях.
Рис. 4.3. Схема распространения огневого забоя в трех направлениях по отношению к направлению движения дутья: а – канал газификации с линией розжига АА – начальное положение ОЗ; б – канал газификации и расположение в нем ОЗ по истечении единицы времени работы канала.
При этом различают три направления перемещения границ ОЗ:
п р я м о е — от линии АА по направлению движения дутья до конечной границы огневого забоя — линии А'А';
об р а т н о е — от линии АА против направления движения дутья до линии А"А";
радиальное — в направлении, перпендикулярном движению дутья по линиям АА'".
Если принять период времени, за который произошло это распространение границ огневого забоя, за единицу, то векторы vо, vn vp, будут соответствовать обратной, прямой и радиальной скорости распространения огневого забоя. Все три направления движения огневого забоя — прямое, обратное и радиальное — взаимно связаны друг с другом и играют определенную роль в процессе бесшахтной проходки канала газификации по угольному пласту химическим прожигом.
Образование огневого забоя вокруг места зажигания угольного пласта обычно проходит через стадию формирования, когда от места зажигания угля огневой забой распространяется одновременно во всех трех направлениях. Но после того, как образование огненного забоя пройдет стадию формирования, начинается процесс его развития в данных конкретных условиях газификации в канале. На стадии развития огневой забой распространяется в основном в двух направлениях: прямом и радиальном или обратном и радиальном [99].
4.3.2 Распространение огневого забоя в направлении, обратном движению дутья
С химико-технологической точки зрения распространение огневого забоя в обратном направлении является перемещением начальной границы кислородной зоны (начальная граница кислородной зоны—граница кислородной зоны со стороны подвода в нее дутья) навстречу движению дутья, и происходит оно вследствие нагрева угольной поверхности канала до температуры воспламенения за счет теплопередачи из очага горения в направлении, противоположном направлению движения дутья. При этом уголь вступает в химическое взаимодействие с дутьем, и в месте этого взаимодействия образуется огневой забой.
Поскольку теплопередача протекает в сторону температур более низких, чем в очаге горения, а подвод дутья к очагу горения происходит со стороны канала, имеющего температуру более низкую, чем в очаге горения, то это и вызывает распространение огневого забоя в направлении, обратном движению дутья.
К главнейшим факторам, влияющим на скорость распространения огневого забоя в обратном направлении, относятся свойства угля: его температуропроводность, влажность, зольность, содержание летучих веществ, температура воспламенения и др., а также характеристика дутья: его состав, температура, скорость и, наконец, форма канала.
При прочих равных условиях распространение огневого забоя в обратном направлении протекает с тем большей скоростью, чем выше температуропроводность угля.
Скорость перемещения огневого забоя в обратном направлении снижается с ростом влажности угля.
Чем ниже температура воспламенения угля, тем выше скорость распространения огневого забоя в обратном направлении.
Сгорание летучих может обеспечить такой тепловой поток к угольной поверхности, который может быть достаточным для интенсивного выделения летучих веществ без сгорания коксового остатка угля. Теплопередача от горящих газов к угольной поверхности канала при этом в основном происходит лучеиспусканием.
Летучие вещества, выделяющиеся по трещинам, имеют высокую температуру, поэтому они загораются в потоке дутья и способствуют нагреванию угольной поверхности вокруг трещин до температуры воспламенения как лучеиспусканием, так и конвекцией. В результате происходит образование отдельных очагов огневого забоя, в первое время даже на участках, оторванных от основного огневого забоя, но в дальнейшем постепенно с ним сливающихся.
Зольность угля также влияет на скорость распространения огневого забоя в обратном направлении, так как свойства угольного скелета или шлаков, образующихся при газификации угля, в разной степени влияют на подвод кислорода к поверхности огневого забоя и в конечном итоге на температуру огневого забоя, роль которой в рассматриваемом явлении уже известна.
Если бы в процессе газификации угля в канале протекало только явление теплопередачи от очага горения к углю, то после сформирования очага горения огневой забой распространился бы только в обратном и радиальном направлениях.
Но в канале газификации происходит и охлаждение поверхности угольного пласта дутьем.
Поэтому скорость распространения огневого забоя в обратном направлении с ростом скорости дутья увеличивается до определенного предела, а затем, при дальнейшем увеличении скорости дутья, она уменьшается (рис. 4.4).
Рис. 4.4. Характер зависимости обратной скорости очага горения (vо) от скорости дутья (vд) для каменного угля
Скорость дутья, соответствующую максимальному значению обратной скорости огневого забоя, называют критической скоростью дутья, величина которой зависит от состава дутья, свойств угля и особенностей канала газификации.
С ростом содержания кислорода в дутье при прочих равных условиях скорость распространения огневого забоя в обратном направлении возрастает.
Увеличение содержания в дутье двуокиси углерода и водяного пара снижает скорость распространения огневого забоя в обратном направлении, так как эти вещества, реагируя с углеродной поверхностью огневого забоя, снижают ее температуру.
Такое же влияние на распространение огневого забоя оказывают и подземные воды, попадая в канал газификации.