4.3.5 Общая закономерность в распространении огневого забоя

Распространение огневого забоя в канале газификации независимо от направления является следствием гетерогенного процесса газификации коксового остатка угля. Причем из всего комплекса химических реакций решающее значение для газификации угля имеет реагирование его коксового остатка с кислородом.

Поэтому распространение огневого забоя с химической точки зрения представляет собой как бы перемещение процесса реагирования кислорода с коксовым остатком угля по каналу газификации.

Процесс химического реагирования кислорода с углем в канале газификации приводит к образованию огневого забоя, который перемещается в направлениях, благоприятствующих протеканию этого реагирования — газификации.

При прочих равных условиях благоприятными для процесса реагирования кислорода дутья с коксовым остатком угля являются участки канала газификации с относительно большим значением удельной реакционной поверхности и с максимальной концентрацией кислорода.

Такими направлениями перемещения огневого забоя в канале газификации могут быть только направления против движения дутья и по направлению движения дутья. С химической стороны газификации направление перемещения огневого забоя против дутья предпочтительно, так как при равном значении удельной реакционной поверхности участков канала газификации у начальной и конечной границ огневого забоя на участке канала со сороны начальной границы огневого забоя имеет место наибольшая концентрация кислорода.

Но для интенсивного химического реагирования кислорода с углем еще необходимы определенные температурные условия, и в зависимости от того, создаются или не создаются такие температурные условия на начальной границе огневого забоя, процесс газификации распространяется или не распространяется в этом направлении.

В результате последнее слово для распространения огневого забоя в обратном направлении принадлежит теплопередаче.

Иные условия складываются для развития процесса реагирования кислорода с углем по направлению движения дутья. В этом направлении создаются прекрасные температурные условия для возникновения и поддержания химического реагирования кислорода с коксовым остатком угля вследствие передачи тепла, экзотермических реакций к угольной поверхности и кислороду всеми тремя видами теплопередачи — теплопроводностью, конвекцией и лучеиспусканием.

Но если развитие огневого забоя в обратном направлении лимитируется температурой угольной поверхности, то развитие огневого забоя в прямом направлении определяется концентрацией кислорода.

Сущность этого влияния вытекает из следующего. Если пренебречь второстепенным для рассматриваемого примера участком огневого забоя, на котором расход углерода коксового остатка угля происходит в результате реагирования с ним двуокиси углерода и водяного пара, то можно считать, что конечная граница огневого забоя теоретически отмечает исчезновение кислорода в газовой фазе, а практически его содержание составляет небольшую величину.

Но расходование кислорода дутья происходит на всей площади кислородной зоны огневого забоя, а увеличение этой площади при прочих равных условиях может происходить за счет распространения огневого забоя в любом из трех направлений — прямом, обратном и радиальном.

Если исключить по известным причинам теплового характера распространение огневого забоя в обратном направлении, то увеличение площади огневого забоя станет возможным только за счет распространения огневого забоя в радиальном направлении. Но увеличение площади огневого забоя за счет его распространения в радиальном направлении приводит к уменьшению удельной реакционной поверхности и при прочих равных условиях приводит также к ухудшению подвода к ней кислорода, т. е. появляются условия, отрицательно сказывающиеся на развитии гетерогенного процесса химического реагирования кислорода с коксовым остатком угля. В результате на конечной границе огневого забоя появится некоторое избыточное количество кислорода, которое и позволит удлиняться кислородной зоне в сторону движения дутья за счет образования в этом направлении дополнительной площади огневого забоя.

Следовательно, при ведении процесса газификации в канале, если не применять специальных мероприятий, огневой забой всегда будет распространяться в прямом или обратном направлениях, что зависит от тепловых условий на начальной границе огневого забоя, а также и от соотношения удельных реакционных поверхностей на участке канала газификации с действующим огневым забоем и на участке канала газификации, лежащем на конечной границе огневого забоя.

Соответствующее распространение огневого забоя по каналу-газификации можно организовать также путем выбора надлежащего места зажигания угля в канале.

Например, при розжиге канала газификации со стороны подвода в него дутья огневой забой будет распространяться в прямом и радиальном направлениях.

При розжиге канала газификации со стороны вывода из него газа огневой забой будет распространяться в обратном и радиальном направлениях.

И, наконец, при зажигании угля в канале газификации на некотором расстоянии от ввода в него дутья огневой забой в зависимости от ряда условий может распространяться или в прямом и радиальном, или в обратном и радиальном направлениях.

Исходя из физико-химических основ гетерогенного процесса реагирования кислорода с углеродом, можно допустить, что при прочих равных условиях распространение огневого забоя в радиальном направлении имеет предел, который растет с ростом концентрации кислорода в дутье. По мере приближения огневого забоя к предельному распространению в радиальном направлении интенсивность подвода к нему кислорода снижается, а вместе с этим снижается и количество углерода коксового остатка угля, газифицируемое на единице поверхности огневого забоя, что вызывает также и уменьшение тепловыделения от химического реагирования на единицу поверхности огневого забоя.

Когда это тепловыделение станет меньше теплопотерь из огневого забоя, наступит снижение его температуры. Таким образом по аналогии с объяснениями препятствий на путях развития огневого забоя в обратном и прямом направлениях можно считать, что распространение огневого забоя в радиальном направлении определяется в основном диффузией кислорода к поверхности огневого забоя. Поэтому между тремя направлениями распространения огневого забоя существует зависимость, сводящаяся к тому, что задержка в развитии огневого забоя в обратном направлении усиливает развитие огневого забоя в радиальном направлении и вызывает прямое движение огневого забоя, и наоборот, быстрое развитие огневого забоя в обратном направлении затрудняет его распространение в радиальном, а следовательно, и в прямом направлении.

Подобно тому, как теплопередача осуществляется при наличии температурного градиента в сторону более низких температур, а диффузия вещества осуществляется при наличии градиента концентрации в сторону более низкой концентрации, так и гетерогенный процесс газификации в канале распространяется из области с худшими условиями для его протекания в области канала с лучшими условиями для газификации. По-этому огневой забой в канале, как месте протекания гетерогенных реакций процесса газификации, перемещается из области с худшими условиями для течения этого процесса в сторону нала газификации с условиями, лучшими для его протекания [95, 96].