- •1. Состав и свойства углей и продуктов их сгорания и газификации
- •1.2. Состав и свойства продуктов сгорания и газификации углей
- •2.2. Тепловой баланс
- •2.3. Технологические показатели
- •3.Примеры выполнения заданий
- •1.Исходные данные
- •2. Решение
- •2.Решение
- •Исходные данные
- •2. Решение.
- •Исходные данные
- •Решение
- •Исходные данные
- •Решение
- •1. Исходные данные (см. Пример 1).
- •Решение
- •1. Исходные данные
- •2. Решение
- •1. Исходные данные (см. Пример 1).
- •2. Решение
- •1. Исходные данные (см.Пример 1).
- •2. Решение
- •1. Исходные данные (см.Пример 7).
- •2. Решение
- •2. Решение
- •1.Исходные данные (см.Пример 12).
- •2. Решение
- •1. Исходные данные
- •2. Решение
- •1. Исходные данные (см.Пример 14).
- •2. Решение '
- •1. Исходные данные (см.Пример 14).
- •2. Решение
- •1. Исходные данные (см. Пример 14).
- •2. Решение
- •1.Исходные данные (см.Пример 14).
- •2. Решение
- •1. Исходные данные
- •2. Решение
- •1. Исходные данные
- •2. Решение
- •1. Исходные данные
- •2. Решение
- •1. Исходные данные
- •2. Решение
- •1. Исходные данные
- •2. Решение
- •1. Исходные данные
- •2. Решение
- •1. Исходные данные
- •2. Решение
- •1. Исходные данные
- •2.Решение
- •1. Исходные данные (см.Пример 28).
- •2. Решение
- •Исходные данные
- •2. Решение
- •1. Исходные данные (см.Пример 20)
- •2. Решение
- •1. Исходные данные
- •2. Решение
1. Исходные данные
В соответствии с заданным вариантом сжигаемым в подземных условиях углем является донецкий полуантрацит, имеющий, согласно справочным данным, следующий состав на сухое беззольное состояние и соответствующие показатели его технического анализа (см.пример 1). Процесс конвективного теплообмена в газоотводящей выработке осуществляется при следующих исходных данных: =2,0; d=l,0 м; Q=9500 нм3/ч;
Т =900 К; Т= 600 К; =2,0.
2.Решение
1. Последовательно найдем состав полуантрацита на рабочее состояние, и далее на его основе состав продуктов его полного сгорания в воздухе с2,0 и = 0.
1 и 8, воспользуемся этими результатами. В конечном итоге имеем: N=76,63%, СО=9,08%, SO =0,07%, O =10,16%, W=4,06%
3. Последовательно найдем приведенные к нормальным физическим условиям объемный расход подаваемого в блок сжигания сухого воздуха и теоретические объемы получаемых при этом сухих Q и влажных Q продуктов полного сгорания. Влагосодержание подаваемого в блок сжигания воздуха примем равным нормативному, т.е. d = 0,012928 кг п.в./нм с.в.
Учитывая рекомендации [2,3], последовательно получаем:
Q=== 9350 нм/ч.
Q==== 9248 нм/ч.
Q= Q/(1-0,01)=9248/(1-0,01)=9639 нм/ч=2,68 нм/с.
4. Определим среднюю температуру продуктов сгорания в газоотводящей выработке. Учитывая рекомендации [13], получаем
=0,5=(900+600)=750 К.
5. Определяй величины , и рассматриваемых продуктов сгорания при
Т= 750 К. .
В связи с тем, что для рассматриваемых продуктов сгорания величины , и при Т = 750.К были уже найдены в примерам 15, 16 и 17, воспользуемся этими результатами. Имеем =1,4910 кДж/нмК, =73,03 м и
=55,70 кВт/м•К
6. Определим среднюю скорость движения потока продуктов сгорания в газоотводящей выработке. Согласно [13] при Р0,1 мПа это можно сделать следующим образом:
===9,37 м/с.
7. Определим критерии Рейнольдса R и Прандтля Р при движении потока продуктов сгорания в газоотводящей выработке. Имеем:
R===128303
P===0.7123
8. Найдем величину
Согласно [13] это можно сделать по следующей формул:
=0,022=0,022•55,7•10•1•128303•0,7123•2=26,10•10 кВт/(м•К)
Пример 29.
1. Исходные данные (см.Пример 28).
2. Решение
Согласно стандартной методике расчета в топках котлов и других теплотехнических установках осуществляется по формуле
=5,67•10•, кВт/м•К,
где и - степень черноты излучающего потока газа и стенок канала, по которому он движется;
Т - начальная температура стенок канала, в задании принять Т= 280 К; « n - опытный коэффициент: для запыленного газового потока n=4, для чистого газового потока n=3,6.
Согласно [13] для стенок подземных каналов, по которым движутся продукты сгорания и газификации можно принять = 0,9.
1. Определим величину .
Величина была определена в примере 28. Имеем = 750 К
2. Определим величину a.
Для продуктов сгорания твердых топлив
a=l-exp(-K•P•S),
где S- эффективная длина пути луча излучающего газового потока, м;
Р - абсолютное давление излучающего газового потока, МПа;
К - коэффициент ослабления, лучей средой канала, в котором движется излучающий газовый поток, 1/(м-МПа).
Величина S определяется так:
S=3,6•V/S= 3,6••d•l/(4••d•l)= 0,9-d=0,9 м,
где V - объем излучающего газового потока, в нашем случае объем газоотводящей выработки диаметром d и длиной 1, м;
S- площадь стенок выработки, ограничивающих излучающий газовый поток, м.
Величина Р при отсосе продуктов сгорания из блока сжигания порядка Р0,1 МПа.
Величина К определяется так:
К=К•+К•+10•К•х• x,
где К - коэффициент ослабления лучей от несветящихся газов, 1/м МПа;
- суммарная объемная доля в газовом потоке трехатомных .газов
(СО,SOи т.д.);
К, К -коэффициент ослабления лучей от частиц соответственно золы и кокса, 1/(м•МПа);
-концентрация золы в газовом потоке, кг золы/кг газа; хи x- опытные коэффициенты.
При движении продуктов сгорания в газоотводящей выработке их можно рассматривать как незапыленный газовый поток. В этом случае:
K=K•
Определим величину в рассматриваемых продуктах сгорания:
= О,01(CO+SO+W)=0,01(9,08+0,07+4,06)=0,1321.
Величина К определяется из выражения
К=10=
10=16,98 1/(м•МПа).
Следовательно
К=16,98•0,1321 = 2,24 1/(м•МПа).
Окончательно получаем
=l-exp(-2,24•0,1•0,9).
3. Найдем теперь величину , при этом учтем, что газовый поток незапыленный и
n = 3,6
=5,67•10••0,1826(750) •=6,43 Вт/м•К=6,43•10 кВт/м•К
Рассчитаем теперь величину аи по методике, предложенной Шаком.
=, Вт/м•К
- средняя температура излучающего газового потока, К;
- поверхностная плотность суммарного теплового потока излучения, Вт/м2.
4.Определим величину
Для рассматриваемой методики расчета «и и величина определяется следующим образом:
=0,5•=
=0,5•(280+280)+[(900-280)-(600-280)] {2,3•lg[(900-280)/(600-280]}= 734 K
где - температура стенки канала у входа в канал и у выхода из него, К.
При расчете было учтено, что в начальный момент теплообмена, для которого и рассчитывается величина , = = 280 К.
5. Найдем величину
Для этого воспользуемся уравнением
=, Вт/(мК),
где - степень черноты лучевоспринимащих стенок канала;
- поверхностная плотность теплового потока излучения трехатомных газов
при Вт/м;
q- поверхностная плотность теплового потока, поглощаемого трехатомными газами при =0,5= 280 К, Вт/м.
Величина определяется как:
= (
Величины и q определяются как:
=, Вт/м,
q =, Вт/м,
где и - поверхностная плотность теплового потока излучения соответственно СО +SO и паров воды, Вт/м.
Величины и рассчитываются из уравнений:
-4,07, Вт/м,
-4,07, Вт/м,
где , -парциальное давление в газовом потоке, соответственно СО +SO и паров воды, бар.
Как известно [6], парциальное давление i-го газа в газовой смеси
P = P .
где i - объемная доля i-го газа в газовой смеси. Следовательно при Р =0,1 МПа получаем:
PC02+S02=0,1С02 +so2=0,10,001(9,08+0,07)=9,1510-3 МПа
Рн2О =0,11Н20=0,10,0014,06=4,0610-3 МПа
Принимая во внимание, что 1 бар = 0,1 МПа, переведем
PcO2+SO2, и Рн2о из МПа в бары.
Получаем:
PcO2+SO2 = 9,1510-3 МПа=9,1510-31 МПа=9,1510-310 бар= 0,0915 бар.
PН2O= 4,0610-3 МПа= 4,0610-310 бар= 0,0406 бар.
Следовательно, получаем:
qCO2 +SO2(Тг.ср)=4,07(734/100)3,5=1897,1 Вт/м2
qН2O(Тг.ср)=4,070,09150,80,90,6(734/100)3=l164 Вт/м2;
qCO2 +SO2(г.ср)= 4,07(734/100)3,5=65,0 Вт/М2;
qН2O(г.ср)= 4,070,09150,80,90,6(734/100)3=64,6 Вт/М2
Далее получаем:
qгаз= 1897,1+1164,3=3061,4 Вт/м2.
qct = 65,0+64,6=129,6 Вт/м2.
Следовательно
qиэл = 0,95(3061,4-129,6)=2785,2 Вт/м2
6. Оценим степень погрешности расчетов и вторым методом
и = 2785,2/(734-280)=6,13 Вт/м2К 6,1310-3 кВт/м2К
Анализ величины показывает, что обе методики дают в принципе одинаковую точность в расчетах величин и в газоотводящей выработке, где продукты сжигания угля в подземных условиях можно рассматривать как свободные от частиц золы, породы и несгоревшего угля.
Поэтому применение обеих методик для расчета и в газоотводящих выработках возможно.
Пример 30.
1. Исходные данные
В соответствии с заданным вариантом газифицируемый каменный уголь имеет следующий состав на рабочее состояние: Сr = 72,20 %; Нr = 4,37%, Src = 0,31%, Nr = 2,12%, 0Г = 7,14% Wrt = 6,00%, Аr =4,86%,
а полученные при этом продукты газификации:
N2 = 63,10%, С02 = 14,4%, 02 = 0,20%, Н2 =10,30%, СН4 =1,60%, Cm Hn = C2H4 = 0,18%. H2S = 0,02%, dr = 0,36 кг п.в./М2К.
Температура продуктов газификации Тг = 900 К.
2. Решение
-
Найдем влажность продуктов газификации.
Согласно [3], получаем:
Wr= 100dr /(0,8041+dr) =1000,364/(0,8041+0,364)=31,16%.
2.Последовательно найдем приведенные к нормальным физическим условиям теоретические объемы сухих V с.г. и влажных Vr продуктов газификации, получаемых о 1 кг рабочей массы газифицируемого каменного угля.
Величина Vc.r. была найдена в примере 20, поэтому воспользуемся этим результатом - Vc.r.= 5,28 нм3/кг угля.
Величину Vr найдем так:
Vr=Vc.r.(1+1,243dr) = 5,28(1+1,2430,364)=7,67 нм3/кг угля.
3. Определим среднюю изобарную объемную теплоемкость влажных продуктов газификации, при Тг = 800 К.
Для этого воспользуемся рекомендациями [4], где показано, что с погрешностью порядка 4% Ср.0 продуктов подземной газификации углей может Сыть определена так:
Cp.o=(l-0,01-Wr)(1,2977+1,861410-4Т)+ +0,01Wr(1,4070+2,468810-4 Т)= 1,4958 кДж/(нм3К)
4. Определим низшую теплоту сгорания продуктов газификации на сухое состояние Qdi.
Величина Qdi рассматриваемых продуктов газификации была найдена в примере 13, поэтому здесь воспользуемся этим результатом - Qdi=3085 кДж/нм3.
5. Определим низшую теплоту сгорания на рабочее состояние газифицируемого каменного угля.
Величина Qri газифицируемого угля была найдена в примере 26, поэтому здесь: воспользуемся этим результатом - Qri =28896 кДж/кг.
6. Найдем величину удельного внешнего водопритока qвод в подземный газогенератор.
Величина для рассматриваемых продуктов газификации найдена в примере 24, поэтому здесь воспользуемся этим результатом - qвод =2,008 кг воды/кг угля.
7. Последовательно найдем величины физического qrф и химического qrx тепла, а также скрытой теплоты испарения паров воды внешнего водопритока qrи, находящихся в продуктах сгорания.
Учитывая рекомендации [13], получаем:
qrф=р0Vr(Тг-273,15)=1,49587,67 (800-273,15)=6044 кДж/кг угля
qrx = QdiVс.r.= 30855,28=16289 кДж/кг угля
qrиqвод = 24622,008=4944 кДж/кг угля
8. Определим теперь теоретически возможные относительные величины физического qгФ.0т и химического qrx.0T тепла, а также скрытой теплоты испарения qrи.oT паров воды в продуктах газификации на выходе из зоны газификации угольного канала.
Получаем:
qrф.от = 100qrф./Qri=1006044/28896=20,92%,
qrи.от = 100qrx./Qri=10016289/28896=56,37%,
qrx.от = 100qrи./Qri=1004944/28896=17,10%.
Анализ величин qrф.от, qrи.от и qrx.от показывает, что суммарный запас физического тепла и скрытой теплоты испарения воды внешнего водопритока в продуктах подземной газификации угля не намного меньше запаса в них химического тепла. Поэтому при решении вопросов извлечения из продуктов подземной газификации углей физического тепла и теплоты испарения воды энергетический КПД этого процесса может быть повышен в 1,5...2,0 раза.
Пример 31.