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

3. Определим теоретический объем влажного атмосферного воздуха VВo , необходимый для полного сгорания 1 кг рабочей массы полуантрацита. Согласно [3] взаимосвязь между VВo и VСo.В имеет вид

VВo =VC.Вo (1 +1, 243dВ ),

где dв – влагосодержание воздуха, кг п.в/нор.м3с.в.

При отсутствии данных о конкретном влагосодержании воздуха в теплотехнических расчетах, рекомендовано пользоваться так называемым нормативным влагосодержанием воздуха dв = 0,012928 кг п.в/ нор. м3 с.в. Принимая это во внимание, получаем:

Исходный уголь – полуантрацит. Показатели его технического ана-

лиза: Wtr =5,0% , Ad =17% ,V daf = 7,5% . 2. Решение

При отсутствии данных по элементному составу полуантрацита величину Vво можно определить с помощью приведенных характеристик углей, предложенных Я.Л. Пеккером (см. Приложение 2).

1. Используя показатели Wtr , Ad , V daf , определим величину Qir полуантрацита, при этом для расчета его Qdaf воспользуемся полиномом Qidaf = f (V daf ) 4-й степени.

где а − обобщенный статистический коэффициент, из Приложения

2 следует, что у донецких полуантрацитов а =1,11; [Qir ] кДж/кг; [Wtr ] = %.

31

3. Найдем величину Vво (см. пример 6). Аналогично получаем

4. Оценим погрешность определения величины Vво , при этом за точную величину Vво примем Vво найденную в примере 6 на базе элементного состава угля. Имеем:

δ =100 7,18 −7, 26 = 0,96%. 7, 26

Анализ величины δ показывает, что погрешность Vво , да и Vсо.в , на базе данных технического анализа углей довольно мала и вполне приемлема для практических расчетов Vво и Vсо.в при отсутствии данных об элементном составе сжигаемого угля.

Пример 8

1.Исходные данные (см. пример 1)

2.Решение

1. Определим состав полуантрацита на рабочее состояние. Состав полуантрацита на рабочее состояние был найден в при-

мере 1, поэтому воспользуемся этими результатами: Ccr = 71,75%,

примере 6, поэтому воспользуемся этим результатов: Vсо.в = 7,15 нор. м3 с.в/кг угля.

3. Определим приведенные к нормальным физическим условиям теоретические, при aв = 1,0 и действительные, при aв = 2,0, объемы газовых компонентов продуктов сгорания 1 кг рабочей массы угля в воздухе. Согласно [3, 4] это можно сделать следующим образом:

VCO2 = 0,0187Сг ;

VSO2 = 0,00683Sгc ;

VN2 = 0,79αвVc.вo +0,008Nr ;

VH2O = 0,111Hг +0,01243Wtг +1, 243dвαвVc.вo ;

VO2 = 0, 21(αв −1)Vc.вo ,

32

где VCO2 ,VSO2 ,VN2 ,VH2O ,VO2 – нор. м3 /кг угля Имеем:

при aв = 1,0

VCOo 2 = 0,0187 71,75 =1,34 нор. м3 /кг угля;

VOо2 = 0;

VHо2O = 0,111 2,76 +0,01243 5 +1, 243 0,012928 7,15 =

при aв = 2,0

VCO2 =VCOo 2 =1,34 нор. м3 /кг угля; VSO2 =VSOо 2 = 0,01 нор. м3 /кг угля;

VH2O = 0,111 2,76 +0,01243 5 +1, 243 0,012928 2 7,15 =

= 0,60 нор. м3 /кг угля;

VN2 = 0,79 2 7,15 +0,008 1 =11,30 нор. м3 /кг угля;

VO2 = 0, 21(2 −1)7,15 =1,50 нор. м3 /кг угля.

4. Определим теоретические, при aв = 1,0, и действительные, при aв = 2,0 объемы сухих и влажных продуктов полного сгорания 1 кг рабочей массы угля в воздухе.

Имеем:

при aв = 1,0

Vс.го =VСОо 2 +VNо2 +VSOо 2 =1,34 +5,65 +0,01 = 7,00 нор. м3с.г/кг угля;

Vго =Vс.го +VHо2O = 7,00 +0, 48 = 7, 48 нор. м3с.г/кг угля.

33

при aв = 2,0

Vс.г =VСО2 +VN2 +VSO2 +VО2 =1,34 +11,30 +0,01 +1,50 =

=14,15 нор. м3с.г/кг угля;

5. Определим объемные составы продуктов полного сгорания полуантрацита в воздухе с aв =1,0.

Имеем:

на сухое состояние

Проверим полученные результаты:

CO2 +SO2 + N2 =19,14 +0,14 +80,71 =100%;

COВ2 +SOВ2 + NВ2 +Wг =17,91 +0,13 +75,54 +6, 42 =100%.

Следовательно, составы продуктов сгорания найдены правильно.

34

6. Определим составы продуктов полного сгорания полуантрацита в воздухе с aв = 2,0. Имеем:

на сухое состояние

Следовательно, составы сухих и влажных продуктов сгорания полуантрацита в воздухе с aв = 2,0 определены правильно.

35

Пример 9

1.Исходные данные (см. пример 1)

2.Решение

1. Найдем состав полуантрацита на рабочее состояние. Состав полуантрацита на рабочее состояние был найден в примере 1, по-

этому воспользуемся этими результатами: Ccr = 71,75%, Hr = 2,76%,

c= 2,13%, Nr =1,02%, Or =1,19%.

2.Найдем состав сухих продуктов полного сгорания полуантраци-

та в воздухе с aв = 2,0.

Состав этих продуктов был найден в примере 8, поэтому вос-

пользуемся этими результатами. Имеем: CO2 = 9,47%, SO2 = 0,07%, O2 = 10,16%, N2 = 79,86%.

3.Найдем влажность продуктов сгорания полуантрацита в воздухе при наличии внешнего водопритока в блок сжигания. Учитывая рекомендации [3], получаем:

4. Определим теперь состав продуктов сгорания полуантрацита на влажное состояние. Учитывая рекомендации [3], получаем:

COВ2 = (1 −0,01Wг )CO2 = (1 −0,01 38,34) 9, 47 =5, 48%; SOВ2 = (1 −0,01Wг )SO2 = 0,6166 0,07 = 0,04%;

OВ2 = (1 −0,01Wг )O2 = 0,6166 10,60 = 6,54%; NВ2 = (1 −0,01Wг )N2 = 0,6166 79,86 = 49, 24%.

Проверим полученный результат:

COВ2 +SOВ2 +OВ2 + NВ2 +Wг =

=5,84 +0,04 +6,54 + 49, 24 +38,34 =100%.

5.Используя теперь плотности газовых компонентов продуктов сгорания при нормальных физических условиях (см. Приложение 3), найдем плотность рассматриваемых продуктов сгорания при этих же условиях, то есть при aв = 2,0:

36

2

ρг = ∑vД,iρi = vД,CO2 ρCO2 + vД,SO2 ρSO2 + vД,О2 ρО2 + vД,N2 ρN2 + 1

+vД,H2OρH2O = 0,0584 1,9788 +0,0004 2,9263 +0,0654 1,142895 +

6. Определим теперь величину ρг, используя только данные о величинах Wг рассматриваемых продуктов сгорания и aв = 2,0 в них.

Имеем

где ρос.г плотность сухих продуктов полного сгорания угля в воздухе с aв = 1,0 при нормальных физических условиях, у углей бывше-

го СССР с погрешностью не более 0,74 % ρос.г = 1,3911 кг/нор. м3.

7. Определим погрешность определения ρг вторым методом относительно первого. Имеем

ε =100 1,135 −1,116 =1,70%. 1,116

Анализ величины ε показывает, что точность расчетов ρг у второго приближенного метода очень высока. Он с успехом может заменить первый точный метод расчета ρг, требующий знания состава продуктов сгорания.

Пример 10

1.Исходные данные (см. пример 7)

2.Решение

При отсутствии данных по элементному составу полуантрацита приближенный состав его продуктов полного сгорания в воздухе можно определить с помощью приведенных характеристик углей, предложенных Я.Л. Пеккером (см. Приложение 2).

37

1. Используя показатели Wtr , Ad , V daf определим величину Qir полуантрацита, при этом для расчета его Qidaf воспользуемся полиномом Qidaf = f (V daf ) 4-й степени.

ВеличинаQir полуантрацита на базе показателей его технического анализа была найдена в примере 3 (Qir = 26529 кДж/кг), поэтому воспользуемся этим результатом;

2. Определим величины Vсо.в и Vво .

Vсо.в = 7,07 нор.м3/кг угля; Vво = 7,18 нор.м3/кг угля.

3. Найдем теоретический объем продуктов полного сгорания полу-

где b − обобщенный статистический коэффициент, из Приложения 2

следует, что у донецких полуантрацитов b = 1,14; [Qir ] = кДж/кг; [Wtr ] = %.

4. Найдем теоретический действительный объем продуктов полного сгорания полуантрацита в воздухе с aв = 2,0. Согласно [3] получаем:

Vг =Vго +(αв −1)Vво = 7,32 +(2 −1)7,18 =14,5 нор.м3/кг угля.

5. Найдем теоретический действительный объем паров воды в продуктах сгорания 1 кг рабочей массы полуантрацита в воздухе с aв = 2,0. Согласно [3] это можно сделать следующим образом:

=0,018 + (21 −19)1,11 26529 + 25,1 5 +0,01243 5 +100 4186

+1, 243 0,012928 7,07 2 = 0,54 нор.м3/кг угля,

38

где Δ, х − обобщенные статистические коэффициенты, из Приложения 2 следует, что донецкие полуантрациты имеют = 0,018 и

х= 19%.

6.Найдем влажность рассматриваемых продуктов сгорания:

Wг =100VH2O =100 0,54 =3,72%. Vг 14,5

7. Определим теперь содержание газовых компонентов в продуктах полного сгорания 1 кг рабочей массы полуантрацита в воздухе при aв = 2,0. При этом будем иметь в виду, что приведенные характеристики углей не позволяют определить в продуктах их сгорания в воздухе содержания СО2 и SО2 по отдельности. Возможно только определять суммарное содержание этих газов. Согласно [4] имеем:

NВ2 =100 −COВ2 −SOВ2 −OВ2 −Wг =100 −11, 43 −12,64 −3,72 = 72, 21%.

8. Оценим теперь погрешность определения состава рассматриваемых продуктов сгорания на базе показателей технического анализа полуантрацита, при этом за точный состав этих продуктов примем состав, найденный в примере 8.

Получаем:

39

Анализ величин ε показывает, что в принципе точность определения состава продуктов полного сгорания углей на базе их приведенных характеристик и показателей технического анализа, казалось бы, не совсем удовлетворяет требованиям практики. Однако на самом деле это не совсем так. Если оценить абсолютную разницу показателей состава продуктов сгорания, то она во многих случаях близка к точности показателей состава продуктов сгорания угля, определенных при газовом анализе:

∆СО2 +SO2 = 11, 43 −(9,08 +0,07) = 2, 28%;

∆О2 = 12,64 −10,17 = 2, 47%;

∆N2 = 72, 21 −76,63 = 4, 42%;

∆Wг = 3,72 −4,07 = 0,35%.

Следовательно, при отсутствии данных об элементном составе сжигаемого угля оценка состава его продуктов полного сгорания в воздухе вполне может быть осуществлена на основании его приведенных характеристик.

Пример 11

1. Исходные требования Как показывают результаты примера 8, влажные продукты полно-

го сгорания донецкого полуантрацита в воздухе с aв = 2,0 имеют сле-

дующий объемный состав: COв2 =10,08%, SOв2 =0,08%, Oв2 =10,08%, Nв2 = 75,71%, Wг =3,53%.

2. Решение

1. Представим состав рассматриваемых продуктов полного сгорания в объемных долях. Имеем:

vД,CO2 = 0,01COВ2 = 0,0908, vД,H2O = 0,0407, vД,N2 = 0,7661,

vД,SO2 = 0,0007, vД,О2 = 0,1017.

3.Определим среднюю молярную мaссу µг продуктов сгорания. Согласно [6] она определяется так:

40