Физико-химическая геотехнология процессы сжигания и газификация угля в подземных условиях. Сборник задач и заданий для практических занятий и самостоя

табл. 1.1 также согласно заданному варианту. Знак минус в табл. 1.1 означает уменьшение показателя на указанное число абсолютных процентов.

Таблица 1.1

Усредненные данные по составу и результатам технического анализа углей ряда бассейнов

Задание 5. В результате прорыва подземных вод Wtr угля в пределах подземного газогенератора увеличилась на Y абсолютных процентов. Определить, насколько из-за этого изменится запас условного топлива в газогенераторе, если в нем было оконтурено 100 000 тонн угля. Исходные данные для выполнения задания взять из Приложения 1 в соответствии с заданным вариантом. Величину Y взять из табл. 1.2 также согласно этому варианту.

Таблица 1.2

Усредненные данные по составу и результатам технического анализа углей ряда бассейнов

1.2.Состав и свойства продуктов сгорания

игазификации углей

Задание 6. Используя справочные данные по элементному составу угля на сухое беззольное состояние и величине его Wtr , определить

11

теоретический объем воздуха Vво , необходимый для полного сгорания 1 кг рабочей массы угля с aв = 1,0. Исходные данные для выполнения задания взять из приложения 1 в соответствии с заданным преподавателем вариантом.

Задание 7. Учитывая природный вид сжигаемого угля и используя показатели его технического анализа по влажности Wtr зольности Ad и выходу летучих V daf , определить теоретический объем воздуха Vво , необходимый для полного сгорания 1 кг рабочей массы этого угля с aв = 1,0. Данные об угле взять из задания 6. Сравнить оба значения Vво и оценить погрешность определения Vво по данным технического анализа углей.

Задание 8. Используя справочные данные по элементному состав угля на сухое беззольное состояние и данные его технического анализа по влажности Wtr , определить объемный состав продуктов полного сгорания угля в воздухе с aв = 1,0 и aв = 2,0 на сухое и влажное состояния при отсутствии внешнего водопритока в блок сжигания угля. Исходные данные для выполнения задания взять из Приложения 1 в соответствии с заданным преподавателем вариантом.

Задание 9. Определить плотность ρг при нормальных физических условиях продуктов полного сгорания угля в воздухе с aв = 2,0, если в результате внешнего водопритока их влагосодержание достигло вели-

г= 0,5 кг п.в /нор. м3 с. г. Задание выполнить двумя методами:

1)при наличии точных данных о составе продуктов сгорания;

2)при наличии данных только о величинах влажности продуктов сго-

рания и aв. Определить погрешность определения ρг вторым методом. Исходные данные для выполнения задания взять из Приложения 1

всоответствии с заданным преподавателем вариантом.d

Задание 10. Учитывая природный вид сжигаемого угля и используя показатели его технического анализа по влажности Wtr и выходу летучих V daf , определить объемный состав влажных продуктов сгорания угля в воздухе aв = 1,0 и aв = 2,0 при отсутствии внешнего водопритока в блок сжигания угля.

Данные по составу угля взять из задания 8. Сравнить полученные данные с аналогичными в задании 8 и оценить погрешность определения состава продуктов полного сгорания угля в воздухе на базе данных технического анализа угля.

Задание 11. Используя данные по объемному составу влажных продуктов полного сгорания угля в воздухе при aв = 2,0, полученные

12

при выполнении задания 8, определить массовые и молярные составы этих продуктов, а также их среднюю (условную, кажущуюся) молярную массу и удельную газовую постоянную.

Задание 12. В ходе газового анализа продуктов подземной газификации на стадиях «Подземгаз» определяются составы этих продуктов на сухое состояние и их влагосодержание dг. Используя результаты этого анализа, определить состав продуктов подземной газификации угля на влажное состояние и их плотность на выходе из зоны газификации, где температура продуктов газификации порядка Т = 1000 К, а давление порядка Р = 2 ∙ 105 Па. Исходные данные для выполнения задания взять из Приложения 4 в соответствии с заданным преподавателем вариантом задания.

Задание 13. Определить низшую и высшую теплоту сгорания сухих и влажных продуктов подземной газификации угля при нормальных физических условиях. Исходные данные для выполнения задания взять из Приложения 4 в соответствии с заданным преподавателем вариантом.

Задание 14. Определить средние изобарные объемную СР,об , удельную СР,уд и молярную СР,µ теплоемкости продуктов полного сгорания угля в воздухе в подземных условиях при температуре Т и коэффициенте избытка воздуха aв. Внешний водоприток в подземный блок сжигания угля отсутствует.

Величину СР,об определить двумя методами:

1) точным – при наличии полных данных о составе продуктов сгорания;

2) приближенным – при наличии данных только о величинах влажности Wг продуктов сгорания и aв.

Оценить погрешность определения СР,об приближенным методом. Исходные данные для выполнения задания взять из Приложения 1 и табл. 1.3 в соответствии с заданным преподавателем вариантом.

Задание 15. Определить, кинематическую νг и динамическую ηг вязкость продуктов полного сгорания угля в воздухе в подземных условиях при температуре Т и коэффициенте избытка воздуха aв. Внешний водопроток в подземный блок сжигания угля отсутствует. Процесс сжигания угля осуществляется при Р = 0,1 МПа. Величину νг определить двумя методами:

1)при наличии полных данных о составе продуктов сгорания;

2)при наличии данных только о величинах влажности Wг продуктов сгорания и aв.

13

Оценить погрешность определения νг вторым методом относительно первого.

Исходные данные для выполнения задания взять из Приложения 1 и табл. 1.3 согласно заданному преподавателем варианту.

Таблица 1.3

Усредненные данные по составу и результатам технического анализа углей ряда бассейнов

Задание 16. Определить коэффициент теплопроводности λг полного сгорания угля в воздухе в подземных условиях при температуре Т и коэффициенте избытка воздуха aв. Внешний водоприток в подземный блок сжигания угля отсутствует. Процесс сжигания угля осуществляется при Р = 0,1 МПа.

гопределить двумя методами:

1)при наличии полных данных о составе продуктов сгорания;

2)при наличии данных только о величинах влажности Wг продуктов сгорания и aв.

Оценить погрешность определения величины λг вторым методом относительно первого.

Исходные данные для выполнения задания взять из Приложения 1

итабл. 1.3 согласно заданному преподавателем варианту.

Задание 17. Определить критерий Прандтля Pr продуктов полного сгорания угля в воздухе в подземных условиях при температуре Т и коэффициенте избытка воздуха aв. Внешний водоприток в блок сжигания угля отсутствует. Процесс сжигания угля осуществляется при

Р = 0,1 МПа.

Величину Pr определить двумя методами:

1)при наличии полных данных о составе продуктов сгорания;

2)при наличии данных только о величинах влажности Wг продуктов сгорания и aв.

14

Оценить погрешность определения величины Pr вторым методом относительно первого.

Исходные данные для выполнения задания взять из Приложения 1 и табл. 1.3 согласно заданному преподавателем варианту.

Задание 18. Определить показатель адиабаты kг продуктов полного сгорания угля в воздухе в подземных условиях при температуре Т и коэффициенте избытка воздуха aв.

гопределить двумя методами:

1)при наличии данных о составе продуктов сгорания;

2)при наличии данных только о величинах влажности Wг продуктов сгорания и aв.

Оценить погрешность определения величины Pr вторым методом относительно первого.

Исходные данные для выполнения задания взять из Приложения 1

итабл. 1.3 согласно заданному преподавателем варианту.k

15

2. МАТЕРИАЛЬНЫЙ И ТЕПЛОВОЙ БАЛАНСЫ. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССОВ СГОРАНИЯ И ГАЗИФИКАЦИИ УГЛЯ В ПОДЗЕМНЫХ УСЛОВИЯХ

2.1. Материальный баланс

Задание 19. Определить коэффициент избытка воздуха aв в продуктах подземной газификации угля.

Необходимые исходные данные для выполнения задания, состав продуктов газификации на сухое состояние взять из Приложения 4 в соответствии с заданным преподавателем вариантом.

Задание 20. Сравнить теоретические, то есть без потерь в окружающую среду, выходы сухих продуктов полного сгорания угля в воздухе aв = 1,0 и газификации 1 кг рабочей массы сжигаемого и газифицируемого в подземном газогенераторе угля и с 1 нор. м3 подаваемого в этот газогенератор воздуха.

Необходимые исходные данные для выполнения задания, составы угля и продуктов газификации взять из Приложения 4 в соответствии с заданным преподавателем вариантом.

Задание 21. Определить теоретический объемный расход влажных продуктов газификации на выходе из газоотводящей скважины при нормальных физических условиях, если объемный расход подаваемого в подземный газогенератор воздуха на входе в воздухоподводящую скважину при этих условиях равен Qв.

Необходимые для выполнения задания исходные данные, объемный состав сухих продуктов газификации и их влагосодержание взять из Приложения 4, а величину Qв из табл. 2.1 в соответствии с заданным преподавателем вариантом.

Задание 22. Определить величину массового внешнего водопритока Gвод в блок сжигания угля при следующих исходных данных процесса подземного сжигания угля:

объемный расход воздуха при нормальных физических условиях входе в воздухоподводяшую сеть блока сжигания Qв;

коэффициент избытка воздуха в продуктах полного сгорания угля aв;влагосодержание продуктов полного сгорания dг.

16

Необходимые для выполнения задания исходные данные, природный вид сжигаемого угля и соответствующие показатели его технического анализа взять из Приложения 1, а величины Qв, aв, dг из табл. 2.2 в соответствии с заданным преподавателем вариантом.

Таблица 2.1

Усредненные данные по составу и результатам технического анализа углей ряда бассейнов

17

Задание 23. Определить средний за рассматриваемый период газификации полный коэффициент потерь Кп продуктов подземной газификации угля в подземном газогенераторе, если в процессе газификации экспериментально были зафиксированы следующие исходные данные:

––состав сухих продуктов газификации;

––общий объем поданного на газификацию воздуха (замерен на входе в воздухоподводящую скважину), приведенный к нормальным

в;

––влагосодержание поданного на газификацию воздуха dв = 0,02 кг п.в/нор. м3 с.в.

––общий объем полученных сухих продуктов газификации (заме-физическим V об

рен после осушки продуктов газификации) Vсоб.г .

Состав сухих продуктов газификации и величины Vвоб и Vсоб.г взять из Приложения 4 в соответствии с заданным преподавателем вариантом.

Задание 24. Определить величину удельного внешнего водопротока qвод в подземный газогенератор в процессе газификации угля при следующих известных исходных данных процесса:

–– составы сухих продуктов газификации и газифицируемого угля на рабочее состояние;

–– влагосодержание продуктов газификации dг.

Необходимые для выполнения задания исходные данные взять из Приложения 4 в соответствии с заданным преподавателем вариантом.

2.2. Тепловой баланс

Задание 25. Определить абсолютные и относительные (относительно Qir угля) затраты тепловой энергии на нагрев оставшихся в отработанном блоке сжигания золы и шлаков при следующих исходных данных процесса:

–– масса оконтуренного в пределах блока сжигания угля Му; –– температура воздуха на входе в блок сжигания Тв;

–– температура продуктов полного сгорания на выходе из блока сжигания Тг.

Величины Му, Тв и Тг взять из табл. 2.3, а величины Ad и Qir сжигаемого угля из Приложения 1 в соответствии с заданным преподавателем вариантом.

18

Таблица 2.3

Усредненные данные по составу и результатам технического анализа углей ряда бассейнов

Задание 26. Оценить теоретически возможный относительный (относительно Qir угля) вклад в формирование приходной части теплового баланса процесса подземной газификации угля, физического тепла, подаваемого на газификацию воздуха, имеющего на входе в канал газификации температуру Тв, и газифицируемого угля, имеющего температуру Ту.

Таблица 2.4

Усредненные данные по составу и результатам технического анализа углей ряда бассейнов

19

Необходимые для выполнения задания исходные данные, составы продуктов газификации и газифицируемого угля взять из Приложения 4, а величины Тв и Ту из табл. 2.4 в соответствии с заданным преподавателем вариантом.

Задание 27. Определить. насколько изменится температура продуктов полного сгорания угля в воздухе с αв = 1,0 при попадании в них воды внешнего водопритока величиной qвод = 1 кг воды/кг угля. Изменением потерь тепловой энергии из продуктов сгорания в окружающую среду из-за появления в них паров воды внешнего водопритока пренебречь.

Необходимые для выполнения задания исходные данные, а именно состав сгораемого угля и его Qir , взять из Приложения 1 в соответствии с заданным преподавателем вариантом.

Задание 28. Определить средний по длине газоотводящей выработки коэффициент теплоотдачи конвекцией аk при движении в выработке продуктов полного сгорания угля в воздухе с коэффициентом

ви следующих исходных данных:

––сечение выработки круглое диаметром d;

––приведенный к нормальным физическим условиям объемный расход подаваемого в блок сжигания воздуха Qв;

––температура продуктов сгорания на входе в газоотводящую вы-

работку и на выходе из нее соответственно Tгвых и Tгвх ;

–– коэффициент шероховатости стенок газоотводящей выработки ε; –– внешний водоприток в блок сжигания отсутствует, т.е. qвод = 0; –– подача воздуха в блок сжигания осуществляется в режиме отсоса из него продуктов сгорания, возникающими в этом случае подсо-

сами воздуха пренебречь.

Состав сжигаемого угля взять из Приложения 1, а величины αв, d, Qв, Tгвых , Tгвх и ε из табл. 2.5 в соответствии с заданным преподавателем вариантом.

Задание 29. Определить средний по длине газоотводящей выработки коэффициент теплоотдачи за счет излучения αи при движении в выработке продуктов полного сгорания угля в воздухе с коэффициентом избытка окислителя αв для приведенных в задании 28 исходных данных.

В связи с отсутствием на сегодняшний день строго обоснованной методики расчета при сгорании и газификации угля в подземных условиях расчет αи выполнить по двум методикам:

–– стандартной для расчетов αи в топках котлов и других теплотехнических установках, подробно рассмотренной в [12];

20