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

Имеем:

λII =(0,7987 23,79 +0,0947 16,05 +0,0007 8,3 +

+0,1059 24, 420) 10−6 = 23,11 10−6 кВт/м К

Следовательно:

λос.г = 0,5 10−6 (23,11 + 24,95) = 24,03 10−6 кВт/м К.

+ 0,0406 67,97 ) =56,53 10−6 кВт/м К 15,76

3. Определим теперь величину λг методом, не требующим знания точного состава продуктов полного сгорания углей в воздухе с αв ≥ 1,0.

При этом влажные продукты полного сгорания с αв = 2,0 рассмотрим как смесь сухих продуктов полного сгорания полуантрацита в воздухе с αв = 1,0, паров воды и избыточного сухого воздуха.

Объемные доли сухих продуктов полного сгорания полуантрацита в воздухе с αв = 1,0 и избыточного сухого воздуха в рассматриваемых продуктах сгорания были найдены в примере 15. Воспользуемся

этими результатами: ϑд,с.г = 0, 4749 и ϑд,с.в = 0, 4845. Соответственно

ϑд,Н2О = 0,0406.

При расчетах λг этим методом также, как и в первом случае воспользуемся формулой (1). Величины λo.i и λi для сухих продуктов полного сгорания полуантрацита в воздухе с αв = 1,0 и сухого воздуха определим по рекомендованным в [7] формулам:

λс.в =1,63 10−7 T 0,873 ; =3,32 10−7 T 0,767 .

51

Результаты расчетов λос.г , λс.г и λг выполненные соответственно для Т = Т0 = 273,15 К и Т = 750 К приведены ниже в таблице.

Предварительно найдем объемные доли сухих продуктов полного сгорания полуантрацита в воздухе с αв = 1,0 и избыточного сухого воздуха в рассматриваемых продуктах сгорания на их сухое состояние. Получаем:

=55,94 10−6 кВт/м К.

4.Оценим погрешность определения λг вторым методом относительно первого:

52

Анализ величины δ показывает, что точность второго метода расчета λг, при котором нет необходимости знать точный состав продуктов полного сгорания углей в воздухе, вполне удовлетворяет требованиям практики.

Пример 17

1.Исходные данные (см. пример 14)

2.Решение

1. Последовательно найдем состав полуантрацита на рабочее состояние и далее состав продуктов его полного сгорания в воздухе с

в= 2,0 на влажное состояние при отсутствии внешнего водопритока

вблок сжигания.

Всвязи с тем что это уже было сделано ранее в примерах 1 и 8,

воспользуемся результатами. В конечном итоге имеем: COВ2 =9,08%,

OВ2 =10,17%, NВ2 = 76,61%, SOВ2 = 0,07%, Wг = 4,07%.

2. Последовательно найдем νг и λг рассматриваемых продуктов сгорания.

В связи с тем что данные показатели уже были определены ранее соответственно в примерах 15 и 16, воспользуемся этими результатами:

3. Найдем истинную изобарную объемную теплоемкость рассматриваемых продуктов сгорания Cр.о.г . Согласно [4] это можно сделать следующим образом:

5

Cр.о.г = ∑ϑд,i (Cр.о )i ,

1

где (Cр.о )i − истинная изобарная объемная теплоемкость i-го газового компонента газовой смеси, кДж/нор. м3∙К.

Используя рекомендации [4], найдем величины (Cр.о )i всех газовых компонентов рассматриваемых продуктов сгорания при Т = 750 К.

(Cр.о )N2 =1, 2054 + 2,64 10−4 T −0,015 10−6 T 2 =1,3950 кДж / нор.м3 К; (Cр.о )СО2 =1,688 +19,55 10−4 T −0,667 10−6 T 2 = 2,5599кДж / нор.м3 К;

53

(Cр.о )SO2 =1,3610 +18,19 10−4 T −0,674 10−6 T 2 = = 2,3461кДж / нор.м3 К;

(Cр.о )О2 =1,1398 +6,08 10−4 T −0,019 10−6 T 2 =1, 4889кДж / нор.м3 К;

(Cр.о )Н2О =1, 2955 + 4,10 10−4 T −0,051 10−6 T 2 = =1,5743кДж / нор.м3 К.

Окончательно получаем:

Cр.о.г = 0,7661 1,3950 +0,0908 2, 2599 +0,0007 2,3461 +

+0,1017 1, 4889 +0,047 1,5743 =1,5010 кДж/нор.м3 К.

4.Найдем критерий Прандтля Pr продуктов сгорания. Согласно [7] это можно сделать следующим образом:

5. Определим величину Pr методом, не требующим знания точного состава продуктов полного сгорания углей в воздухе с aв > 1,0 Согласно [7] это можно сделать так:

Pr = 0,7614 −3,819 10−5 T −4,1 10−3Wг +6,958 10−5 Wг2 − −2, 417 10−6 TWг = 0,7614 −3,819 10−5 750 −4,1 10−3 4,07 +

+6,958 10−5 4,072 −2, 417 10−6 750 4,07 = 0,7100.

6.Сделаем оценку погрешности расчета Pr вторым методом относительно первого

Анализ величины δ показывает, что точность второго метода расчета Pr при котором нет необходимости знать точный состав продуктов полного сгорания углей в воздухе, вполне удовлетворяет требованиям практики.

54

Пример 18

1.Исходные данные (см. пример 14)

2.Решение

1. Последовательно найдем состав полуантрацита на рабочее состояние и далее состав продуктов его полного сгорания в воздухе с aв = 0 на влажное состояние при отсутствии внешнего водопритока в блок сжигания.

В связи с тем что это уже было сделано ранее в примерах 1 и 8, воспользуемся этими результатами. В конечном итоге имеем:

где kг − показатель адиабаты i-го газового компонента газовой смеси.

Величины ki при T = 750 K определим согласно рекомендациям

[4]:

kN2 =1, 4212 −7,527 10−5 T =1,3647;

kСО2 =1, 2891 −8,675 10−5 T =1, 2240; kSO2 =1, 2522 −6.136 10−5 T =1, 2060; kO2 =1, 4031 −7,958 10−5 T =1,3434; kH2O =1,3538 −9,646 10−5 T =1, 2815.

В связи с громоздкостью формулы (1) вычислим по отдельности ее числитель и знаменатель. Числитель – есть истинная изобарная объемная теплоемкость продуктов сгорания, определенная в примере 17,

55

Окончательно получаем: kг = 1,5010/1,1371 = 1,3200.

3. Определим величину kг при Т = 750 К методом, не требующим знания точного состава продуктов полного сгорания углей в воздухе с aв > 1,0 Согласно [4] это можно сделать следующим образом:

kг =1, 4192 −1,8146 10−4 750 +5,1118 10−8 7502 =1,3117.

4. Сделаем оценку погрешности расчета kг вторым методом относительно первого:

δ =100 1,3200 −1,3117 = 0,63%. 1,3200

Анализ величины δ показывает, что точность второго метода расчета kг, при котором нет необходимости знать точный состав продуктов полного сгоранияуглейввоздухе,вполнеудовлетворяеттребованиямпрактики.

Пример 19

1. Исходныеданные В соответствии с заданным вариантом продукты подземной га-

зификации угля имеют следующий состав на сухое состояние:

N2 =63,10%, CO2 =14,4%, O2 =0,20%, H2 =10,30%, CH4 =1,60%,

CmHn =C2H4 =0,180%, H2S=0,02%.

1. Найдем величину aв продуктов газификации. При наличии данных только о составе этих продуктов величину aв можно найти по азотной формуле, которая для продуктов подземной газификации угля имеет следующий вид [3]:

56

Пример 20

1. Исходные данные В соответствии с заданным вариантом газифицируемый каменный

уголь имеет следующий состав на рабочее состояние: Ccr = 75, 20%,

N2 =63,10%, CO2 =14,4%, O2 =0,20%, CO=10,12%, H2 =10,30%, CH4 =1,60%, CmHn =C2H4 = 0,18%, H2S = 0,02%.

2. Решение

1. Определим последовательно приведенные к нормальным физическим условиям теоретические объемы сухого Vсo.в и влажного Vвo воздуха, необходимого для полного сгорания 1 кг рабочей массы каменного угля с αв = 1,0. Учитывая рекомендации [3], получаем:

Vс.вo = 0,0889Сr +0, 2676Нr +0,0333(Scr −Or ) = 0,0689 75, 20 +

+ 0, 2676 4,37 +0,0333(0,31 −7,14) = 7,63 нор.м3с.в .

кг угля

2.Определим коэффициент избытка воздуха в продуктах газификации. Величина αв в данных продуктах газификации была найдена

впримере 19, поэтому воспользуемся этим результатом: αв = 0,5484.

3.Найдем приведенный к нормальным физическим условиям тео-

ретический объем воздуха Vв' , расходуемый на газификацию 1 кг рабочей массы угля. Согласно [3] это можно сделать так:

Vв′ = αвVво = 0,5484 7,75 = 4, 25 нор.м3 .

кг угля

57

4. Найдем приведенный к нормальным физическим условиям теоретический объем сухих продуктов полного сгорания каменного угля в воздухе с αв = 1,0. Учитывая рекомендации [3] получаем:

Vс.го = 0,0187(Сr +0,375Scr ) +0,008Nr +0,79Vс.во =

= 0,0187(75, 20 +0,375 0,31) +0,008 2,12 +0,79 7,63 =

= 7, 44 нор.м3 .

кг угля

5. Определим приведенный к нормальным физическим условиям теоретический объем сухих продуктов газификации. Для этого воспользуемся рекомендованной в [З] формулой

Анализ величин Vсо.г и Vс'.г показывает, что с 1 кг рабочей массы каменного угля получается 7,44 нор. м3 продуктов полного сгорания с αв = 1,0 и только 5,28 нор.м3 сухих продуктов газификации, т.е. в 1,41 раза меньше.

6. Определим теперь выход сухих продуктов полного сгорания и газификации с 1 нор. м3 атмосферного, т.е. влажного воздуха:

при полном сгорании с αв = 1,0

Сравнивая величины ho и h, видим, что при газификации угля с 1 нор. м3 воздуха выход сухих продуктов газификации в 1,29 раза превышает выход сухих продуктов полного сгорания с αв = 1,0.

58

Пример 21

1. Исходные данные Согласно заданному варианту имеем следующий объемный состав

сухих продуктов газификации: N2 =63,10%, CO2 =14,4%, O2 = 0,20%,

Q=9250 нор.м3воздуха .

вч

2. Решение

1. Найдем приведенный к нормальным условиям объемный расход на входе в воздухоподводяшую скважину сухого воздуха. Согласно [З] это можно сделать следующим образом:

=9104 нор.м3 = 2,53 нор.м3 ,

чс

где dв = 0,012928 кг п.в/нор. м3с.в – нормативное влагосодержание атмосферного воздуха.

2. Найдем приведенный к нормальным физическим условиям теоретический объемный расход сухих продуктов газификации. Согласно [2, 3] это можно сделать следующим образом:

3. Найдем теперь теоретический объемный расход влажных продуктов газификации:

Qг =Qс.г (1 +1, 243dг ) =11398(1 +1, 243 0,364) =

=16555 нор.м3 = 4,6 нор.м3 .

чс

59

Пример 22

1. Исходные данные 1. В соответствии с заданным вариантом сжигаемым углем явля-

ется донецкий полуантрацит. Процесс сжигания осуществляется при

2. Решение

1. Найдем объемный расход сухого воздуха Qс.в на входе в воздухоподводящую сеть блока сжигания при нормальных физических условиях. Согласно [2, 3] это можно сделать следующим образом:

В связи с тем что в задании не задана величина dв, в расчетах Qс.в примем нормативное влагосодержание воздуха, то есть dв = 0,012928

кг п.в. . Получаем:

нор.м3с.в

2. Определим теоретический объемный расход сухих продуктов полного сгорания. Согласно [3] при отсутствии данных о составе сжигаемого угля это можно сделать так:

Q = Qс.в (αв +0,01x −0, 21)

с.г αв

где х − обобщенный статистический коэффициент, согласно Приложению 2 у донецкого полуантрацита x = 19%.

60