книги из ГПНТБ / Оренбах М.С. Реакционная поверхность при гетерогенном горении

го топлива необходимо данные расчетов внутрипористого горения относить к одной и той же неизменной величине. В работе все параметры относились к единице веса исходного топлива.

нии объема пор в определенном интервале их размеров вмес­

^к аж

*Более точное значение величины внешнего горения во всем интерва­ ле выгорания может быть подсчитано по формуле

Здесь 7(ф)—функциональная зависимость кажущегося удельного веса от выгорания (ф). При линейной зависимости *у(ф) =Yo(l —аф)

Ф в = 1 = 1 і п ( 1 - в ф ) .

Указанные выражения были получены лишь в последнее время. Подсчи­ танные по формуле более точные значения величин внешнего выгорания лежат в пределах, указанных в работе.

где 7,-аж и 7Г<аж— соответственно кажущийся удельный вес топлива до и после выгорания.

С достаточной для прикидочных расчетов точностью сте­ пень выгорания на внешней поверхности топлива оценивается по соотношению насыпного объема топлива до и после опы­ та, ЄСЛИ В (IV—9) 7каж ЗамеНИТЬ 7нао-

Из выражения (IV—8) видно, что при внутрикинетическом или виутридиффузионном режиме горения и отсутствии выгорания на внешней поверхности частиц ((Ps=0) данные подсчетов внутренних объемов у частично выгоревшего топ­ лива пересчитывают на первоначальный вес с поправкой на степень выгорания, т. е.

д у = у 2 ( 1 _ С р ) _ I V

Аналогичные соотношения могут быть получены при сопо­ ставлении внутренней поверхности до и после выгорания топлива.

Знание соотношения величин внешнего и внутреннего го­ рения показывает, насколько доступен объем частицы для проникновения окислителя (см. § VI—3).

При исследовании внутрипористого горения конкретного вида топлива необходимо знать, как меняется концентрация окислителя по радиусу частицы с ростом температуры про­ цесса. Это важно для того, чтобы установить, каков режим процесса в опыте, а также для выбора температуры опыта, обеспечивающей наиболее полное проникновение окислителя в глубь частицы. Для экспериментальной оценки режима про­ цесса горения крупных частиц определялось изменение по­ ристости по радиусу шаровой частицы диаметром 10—15 мм после частичного выгорания при разных температурах [6]. Методом последовательного снятия сферических слоев толщи­ ной 0,5—0,7 мм и взвешивания шариков подсчитывался объем и вес удаленного слоя и его кажущийся удельный вес. По формуле (II—20) определялась пористость этого слоя. Из­ менение пористости по радиусу частицы соответствует изме­ нению концентрации окислителя.

Дополнительные сведения о характере процессов, проте­ кающих внутри частицы, могут быть получены из рассмотре­ ния под микроскопом шлифов частиц топлива до и после час­ тичного выгорания.

Микроскопический метод исследования оказался перспек­ тивным при изучении изменений, наблюдаемых в пористой структуре мелких частиц топлива в процессе выгорания в об­ ласти высоких температур, когда, казалось, не следует ожи­

скорость сгорания на внешней поверхности и оценить сум­ марную константу скорости реакции. Для этого опыты про­ водились при невысоких температурах, когда была уверен­ ность в том, что концентрация окислителя на внешней поверх­ ности частиц такая же, как в объеме камеры сгорания.

При исследовании процессов горения при высоких тем­ пературах опыты проводились с узкими фракциями топлива. После опыта недогоревшее топливо подвергалось грануломет­ рическому анализу на ситах и под микроскопом, что дало возможность оценить равномерность выгорания всех частиц топлива, а также определить вспучиваемость разных марок углей при тепловом ударе.

Неравномерность разработки внешней поверхности при го­ рении изучалась на шлифах под микроскопом и при рассмот­ рении частиц под электронным стереоскопическим микроско­ пом «Стереоскан» (§ II—6 и II—7).

§IV—3. Кинетические методы изучения процесса горения

иэкспериментальные установки

Наряду с физическими методами изучения топлива до и после частичного выгорания в работе широко использовались традиционные методы изучения кинетики горения. В частно­ сти, при горении топлив определялось:

материала.

Как правило, весовая скорость горения относилась к ис­ ходному весу топлива. Для некоторых видов топлив оцени­

низких скоростей горения основная часть опытов выполнена в интервале температур до 600° С в среде воздуха. В некоторых экспериментах по изучению внутрипористого горения темпера­ туры были выбраны из условий минимально возможных ско­ ростей выгорания (порядок 10~6 —Ю- 9 1/с). При этом дли­ тельность эксперимента иногда составляла свыше 500 часов. Низкие скорости процесса обеспечивали максимальную вели­ чину реакционной поверхности.

на решетка с малым жи­ вым сечением, обеспечивающая равномерную подачу воздуха.

Решетка была изготовлена из нихромовой проволоки диа­ метром 0,1 мм. Воздух предварительно подогревался до тем­ пературы опыта в кварцевом змеевике. После реагирования частично выгоревшее топливо выдувалось в бумажный фильтр азотом.

Температура измерялась двумя термопарами, установлен­ ными внутри и вне камеры. Время опыта в зависимости от скорости горения менялось от 30 с до 1 ч.

Изменение пористого строения мелких частиц углей при температурах, имеющих место в факельных топках, изучалось на высокотемпературной установке (рис. IV—4, IV—5). Ре­ акционная камера из окиси алюминия представляла собой трубу длиной 400 мм с внутренним диаметром 16 мм. Ввод термопары 2, топлива и горячего воздуха осуществлялся че­ рез водяной холодильник 1. Выходной торец реакционной ка­ меры состыкован с устройством, включающим водяной холо­ дильник 8 и зонд для ввода СОо. Это устройство предназна­ чено для быстрого охлаждения («замораживания») горящего дисперсного топлива [10]. Топливо из реакционной камеры поступает в сборник 10, а топочный газ отводился через фильтр 9. Подача топлива осуществляется установленным сверху питателем барабанного типа [11]. Для обеспечения степени выгорания, соответствующей недожогам промышлен­ ных котлов, топливо при определенных температурах много­ кратно пропускалось через камеру сгорания. В ряде опытов на этой камере изучалось изменение пористого строения уг­ лей при нагреве.

Частично выгоревшее в экспериментальных установках топливо подвергалось физическим методам анализа.

вала. В экспериментах температура горения была намного ниже температуры коксования, что исключало изменение стро­ ения коксов под действием температурных факторов.

Было также использовано несколько марок искусственных

вещества под воздействием температуры. При низких ско­ ростях окисления углей и полукоксов наряду с выгоранием происходит физическая и химическая сорбция кислорода. Эти процессы приводят к набуханию угля и полукоксов [16]. При полном проникновении сорбирующего газа ко всей внут­ ренней поверхности этот процесс приводит к появлению ми­ кротрещин во всем объеме углерода [17]. При окислении слабопроницаемых, химически активных материалов в обла­ сти температур 200—500° С кислород сорбируется, по-видимо­ му, неравномерно по объему. В поверхностных слоях частиц возникают механические напряжения, что приводит к их рас­ трескиванию в процессе горения. При горении крупных частиц антрацита и полукоксов, каменных углей в определенный момент появляется сетка видимых глазом трещин (§ V—2, V—3). Горение мелких частиц сопровождается возникнове­ нием одиночных трещин, которые сильно деформируют частицы.

С течением времени на поверхности частиц и крупных трещин появляются более мелкие трещины (см. прилеж.,фото6 и 7). При этом доступ окислителя к внутренней поверхности