1. Исходные данные (см.Пример 20)

2. Решение

В связи с тем, что часть паров воды, образующихся при сгорании угля и испарения еоды внешнего водопритока, в процес­се газификации может преобразоваться в горючие газы (СО, Н₂, СН₄), теоретический химический КПД газификации n_х Солее пра­вильно определять по высшей теплоте сгорания газифицируемого угля Q^r_s и самих продуктов газификации. Согласно [13] такой n_х определяется как:

nх = 100 Q_x /Q^r_s, %;

где Q_x - запас химического тепла в сухих продуктах газификации 1 кг рабочей массы угля, кДж/кг угля.

1. Нищем величину Q_x.

Согласно [33], это можно сделать как:

Q_x = V_c._r.Q^d_s,

где Q^d_s- высшая теплота сгорания сухих продуктов газификации, кДж/нм³.

Величина Q^d_s для рассматриваемых в этом гадании продуктов газификации была найдена в примере 13, поэтому здесь восполь­зуемся этим результатом - Q^d_s =3359 кДж/нм³ .

Величина V_c.r для заданных в гадании исходных данных была найдена в примере 20, поэтому здесь также воспользуемся этим результатом V_c,_r = 5,28 нм³/кг угля.

Следовательно получаем:

Q_x=5,283359 =17736 кДж/кг угля.

2. Найдем 0^rs Угля.

Для этого воспользуемся соотношением между Q^r_s и Q^r_i у твердых топлив. Согласно [1] это соотношение имеет вид:

Q^r_s = Q^r_i+24,62(8,94H^r+W^r_t)=28896+24,62(8,944,37+6)= 30006 кДж/кг.

При расчете Q^r_s была использована Q^r_i рассматриваемого угля, найденная ранее в примере 26 - Q^r_i = 28896 кДж/кг.

4.Найдем n_х

n_х = 100-17736/30006 = 59,17.

Пример 34.

1. Исходные данные

В соответствии с заданным вариантом сжигаемым под землей углем является донецкий полуантрацит, имеющий следующий состав на сухое безвольное состояние: (см. пример 1). Мощность сжига­емого угольного пласта m = 0,5 м, удельный массовый водоприток q_Вод - 1,5 кг воды/кг угля, объемный расход воз­духа О_в = 20000 нм³/ч, а его температура на входе в угольный канал Т_в = 300 К, температура продуктов сгорания на выходе из угольного канала Т_г =1200 К.

2. Решение

1. Определим приведенный к нормальным физическим условиям объемный расход подаваемого в блок сжигания сухого воздуха, при этом влагосодержание воздуха примем равным нормативному, т.е. d_B = 0,012928 кг п.в./нм³с.в.

Согласно [3] имеем

О_с.г. =Q_r/(1+1,243-d_B) =20000/(1+1,2430,012928)=19684 НМ³/ч =5,47 нм³/с

2. В связи с тем, что в приложении 1 дан состав полуантрацита на сухое безвольное состояние, найдем его состав на ра­бочее состояние.

Состав рассматриваемого в этой задаче полуантрацита на рабочее состояние был определен в примере 1, поэтому здеа воспользуемся этим результатом: С^r - 71,7%, Н^r - 2,8%, S^rc - 2,1%, N^r - 1,0%, 0^r - 1,2%., W^r-_t - 5,0%, A^r - 16,2 %..

3. Используя данные по элементному составу полуантрацита кз рабочее состояние определим величину V°_C.B.

Величина V°_c._в для рассматриваемого в этом задании полуантрацита была найдена в примере 5, поэтому здесь воспользуем­ся этим результатом: V°c._B. - 7,15 нм³ с.в/кг угля.

4. Определим приведенные к нормальным физическим условиям теоретические объемы газовых компонентов продуктов полного сгорания 1 кг рабочей массы полуантрацита в воздухе с - 1,0.

Учитывая рекомендации 131, получаем:

V°C0₂= 0,0187C^r = 0,018771,7 = 1,34 нм³/кг угля;

V°S0₂= 0,00683S^r= 0,006832,1 =0,01 нм³/кг УГЛЯ;

V_N2 = 0,79V°_c._B.+0,008N^r = 0,791,07,15+0,008i =5,66 нм^З/кг угля;

V°H₂O = 0,lllH^r+0,01243W^r_t+1,243-q_вод+l,243d_BV^o_cB.⁼

= 0,1112,8+0,0124375+1,24371,5+1,24370,01292877,15 =2,35 нм³/кг угля.

5. Определим приведенные к нормальным физическим условиям теоретические объемы сухих и влажных продуктов полного сгора­ния 1 кг рабочей массы полуантрацита в воздухе с = 1,0.

Учитывая определенные выше объемы соответствующих газовых компонентов, получаем:

V°_c.r.=V°СO₂+ V°SO₂+ V°N₂= 1,34+0,01+5,66 = 7,01 НМ³/КГ угля;

V°_r.= V°_c._r.+ V°h ₂о = 7,01 + 2,35 = 9,36 нм^3/кг угля.

6. Определим составы продуктов полного сгорания полуант­рацита на сухое и влажное состояние.

Состав сухих продуктов сгорания будет:

N₂= 100V°/V°_c._r.= 1005,66/7,01 = 80,74%;

СО₂ = 1001,34/7,01 = 19,12% ;

SО₂ = 1000,01/7,01 = 0,14%.

Состав влажных продуктов сгорания будет:

N₂^в = 100V⁰N₂/V⁰_г= 1005,66/9,36= 60,47 %

СО₂ = 1001,34/9,36 = 14,32 % ;

SО₂ = 1000,01/9,36 = 0,11 %

W_г= 1002,35/9,36 = 25,1 %

7. Найдем приведенные к нормальным физическим условиям теоретические объемные расходы сухих и влажных продуктов пол­ного сгорания полуантрацита в воздухе. Учитывая рекомендации [3], получаем:

Q_с.г = 79G_{c. в}/N₂ = 795 47/180,74 = 5,35 нм³/с;

Q_г = Q_c.r/(l-0,01W_r) = 5,35/(1-0,0125,1) = 7,14 нм³/с.

8. Найдем среднюю температуру продуктов сгорания по длине угольного канала Т_г.

Согласно [13] величину Т_г можно найти следующим образом:

Т_г= 0,5(Т_В+Т_Г) =0,5(300+1200) = 750К.

9. Найдем площадь поперечного сечения угольного канала

S_{v. к.}

Согласно рекомендациям проф. А.А.Агроскина [13] с точностью, достаточной для практических расчетов, поперечное се­яние угольного канала при сжигании и газификации горизонтальных и пологопадающих угольных пластов малой и средней мощности , можно рассматривать как прямоугольное с высотой h = 0,45 м и приной b = m. Следовательно имеем:

h=0,450,5=0,225 м; в = 0,5 М; S_y._K.= 0,2250,5 = 0,1125 м².

10. Найдем объемный расход влажных продуктов сгорания по-уантрацитз при средних реальных величинах Т=_г и в угольном канале Q_г (,).

При отсосе продуктов сгорания из блока сжигания среднее давление в угольном канале близко к атмосферному, т.е. = Р₀ = 101325 Па.

Учитывал это получаем:

11. Определим v_r влажных продуктов сгорания полуантраци­та.

Расчет v_r продуктов сгорания полуантрацита в воздухе, правда несколько иного состава при Т = _г = 750 К подробно рассмотрен в примере 15. Используя найденные там v_i газовых компонентов продуктов сгорания найдем v_r рассматриваемых в зтом задании продуктов сгорания:

12. Определим величину l_y._K.

Для этого воспользуемся рекомендованной в [9] формулой, преобразованной с учетом рекомендаций [141:

1_у.к. ⁼ 5К_п._сRe^0,16d_экв,

где К_п.с - коэффициент, учитывающий, что часть стенок угольно­го канала сложена породами, т.е. являются породными стенками;

d_экв - эквивалентный диаметр угольного канала, м;

R_e = (d_экв. /Vr - критерий Рейнольдса;

- средняя скорость движения газового потока в уголь­ном канале, м/с. Согласно [13, 14] величину d_экв необходимо определять как:

где П - полный периметр поперечного сечения угольного канала,

при прямоугольной форме этого сечения П = 2(b+h).

Величина v_r равна:

v_r = Q_r(T, P)/S_y.K = 19,6/0,1125 = 174,2 м/с

Следовательно величина R_e Судет:

R_e = 174,20,31/72,7910^-6 = 741888

Согласно [14] величина К_п должна определяться как:

К_п= F_k/F_y.c.

F_K, Fy.c - приведенная площадь соответственно всех стенок канала горения и его угольных стенок, отнесенная к единице объема канала горения, м²/м³ = 1/м.

Величины F_K и F_y,_c определяются ив следующих выражений:

где П_у,_к. , П_у.с - полный периметр поперечного сечения угольно­го канала и периметр, образованный угольной стенкой этого канала, м.

Для цилиндрического угольного канала с диаметром d имеем:

П = -d ; S_y.K = -d²/4

Тогда:

При прямоугольном поперечном сечении угольного канала f_K

будет:

F_K = 2(B+h)/Bh

Величину F_y._c определим, учитывая, что согласно [9, 14] в угольном канале с прямоугольным поперечным сечение практически всегда имеется две угольные стенки: вертикальная и горизон­тальная. Первая образована горящим забоем угольного пласта, а вторая находящимися на дне канала горящий кусками угля,, кото­рые попадают туда в результате частичного разрушения верхней части горящего угольного пласта силами горного давления.

Учитывая это, получаем:

П_у.с= в+h, Fy.c = (B+h)/Bh

Следовательно К_п = F_K /F_y._c =2.

Следует отметить, что П_у._с определенная таким образом из чисто геометрических соображений несколько меньше реальной ве­личины П_у.с, т.к. в реальности угольные стенки канала имеют довольно большую шероховатость. Особенно это характерно для горизонтальной угольной стенки, образованной слоем горящих кусков угля. В связи с отсутствием данных о величине шерохова­тости угольных стенок канала П_у.с приходится определять исходя из чисто геометрических соображений. В этом случае величина получается несколько больше реальной для данных условий.

Принимая во внимание числовые значения всех промежуточных физических величин, получаем:

1_у._с = 52741888^0,160,31=27 м.