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(Т_г.ср)=4,07(734/100)^3,5=1897,1 Вт/м²

qН₂O(Т_г.ср)=4,070,0915^0,80,9^0,6(734/100)³=l164 Вт/м²;

qCO₂ +SO₂(_г.ср)= 4,07(734/100)^3,5=65,0 Вт/М^2;

qН₂O(_г.ср)= 4,070,0915^0,80,9^0,6(734/100)³=64,6 Вт/М²

Далее получаем:

q_газ= 1897,1+1164,3=3061,4 Вт/м².

q_ct = 65,0+64,6=129,6 Вт/м².

Следовательно

q_иэл = 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: С^r = 72,20 %; Н^r = 4,37%, S^r_c = 0,31%, N^r = 2,12%, 0^Г = 7,14% W^r_t = 6,00%, А^r =4,86%,

а полученные при этом продукты газификации:

N2 = 63,10%, С0₂ = 14,4%, 0₂ = 0,20%, Н₂ =10,30%, СН₄ =1,60%, C_m H_n = C₂H₄ = 0,18%. H₂S = 0,02%, d_r = 0,36 кг _п.в./_М²К.

Температура продуктов газификации Т_г = 900 К.

2. Решение

1. Найдем влажность продуктов газификации.

Согласно [3], получаем:

W_r= 100d_r /(0,8041+d_r) =1000,364/(0,8041+0,364)=31,16%.

2.Последовательно найдем приведенные к нормальным физи­ческим условиям теоретические объемы сухих V _с._г. и влажных V_r продуктов газификации, получаемых о 1 кг рабочей массы газифи­цируемого каменного угля.

Величина V_c._r. была найдена в примере 20, поэтому вос­пользуемся этим результатом - V_c._r.= 5,28 нм³/кг угля.

Величину V_r найдем так:

V_r=V_c._r.(1+1,243d_r) = 5,28(1+1,2430,364)=7,67 нм³/кг угля.

3. Определим среднюю изобарную объемную теплоемкость влажных продуктов газификации, при Т_г = 800 К.

Для этого воспользуемся рекомендациями [4], где показано, что с погрешностью порядка 4% С_р.0 продуктов подземной газифи­кации углей может Сыть определена так:

C_p.o=(l-0,01-W_r)(1,2977+1,861410^-4Т)+ +0,01W_r(1,4070+2,468810^-4 Т)= 1,4958 кДж/(нм³К)

4. Определим низшую теплоту сгорания продуктов газифика­ции на сухое состояние Q^d_i.

Величина Q^d_i рассматриваемых продуктов газификации была найдена в примере 13, поэтому здесь воспользуемся этим резуль­татом - Q^d_i=3085 кДж/нм³.

5. Определим низшую теплоту сгорания на рабочее состояние газифицируемого каменного угля.

Величина Q^r_i газифицируемого угля была найдена в примере 26, поэтому здесь: воспользуемся этим результатом - Q^r_i =28896 кДж/кг.

6. Найдем величину удельного внешнего водопритока q_вод в подземный газогенератор.

Величина для рассматриваемых продуктов газификации найдена в примере 24, поэтому здесь воспользуемся этим резуль­татом - q_вод =2,008 кг воды/кг угля.

7. Последовательно найдем величины физического q^r_ф и хи­мического q^r_x тепла, а также скрытой теплоты испарения паров воды внешнего водопритока q^r_и, находящихся в продуктах сгора­ния.

Учитывая рекомендации [13], получаем:

q^r_ф=_р0V_r(Т_г-273,15)=1,49587,67 (800-273,15)=6044 кДж/кг угля

q^r_x = Q^d_iV_с._r.= 30855,28=16289 кДж/кг угля

q^r_иq_вод = 24622,008=4944 кДж/кг угля

8. Определим теперь теоретически возможные относительные величины физического q^г_Ф._0т и химического q^r_x._0T тепла, а так­же скрытой теплоты испарения q^r_и._oT паров воды в продуктах га­зификации на выходе из зоны газификации угольного канала.

Получаем:

q^r_ф.от = 100q^r_ф./Q^r_i=1006044/28896=20,92%,

q^r_и.от = 100q^r_x./Q^r_i=10016289/28896=56,37%,

q^r_x.от = 100q^r_и./Q^r_i=1004944/28896=17,10%.

Анализ величин q^r_ф.от, q^r_и.от и q^r_x.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.