РАЗДЕЛ 2
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ К ОПРЕДЕЛЕНИЮ ВОЗМОЖНОСТИ СЛОЕВОГО СЖИГАНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В СДВС
2.1. Процесс горения твердых топлив в реакторе для слоевого сжигания, состав и параметры получаемого рабочего тела
Поскольку рассматриваемые способы сжигания твердого топлива в СДВС до настоящего времени не использовались, в ходе исследования не удалось обнаружить достоверных сведений о процессах, происходящих в слое как в топочном устройстве ТТПД, так и в аппаратах с аналогичными условиями сжигания. Получить некоторое представление об этих процессах можно, проанализировав структуру слоя в реакторе ТТПД и сравнив ее влияние на аналогичные процессы, происходящие в энергетических и промышленных топочных устройствах со стационарными условиями дутья.
Процесс горения твердого топлива в реакторе ТТПД можно представить следующим образом: воздух из рабочего цилиндра, пройдя через отверстия колосниковой решетки, поступает в слой раскаленного шлака и, нагревшись в нем, входит в зону горящего кокса. Здесь кислород воздуха вступает в реакцию с углеродом топлива, образуя преимущественно углекислоту и, в меньшей степени, окись углерода [64-67]. По мере продвижения воздуха в слое содержание в нем углекислоты и окиси углерода возрастает. Это сопровождается повышением температуры и уменьшением содержания кислорода.
При газогенераторном режиме горения, когда толщина слоя топлива на решетке выше кислородной зоны, описанный процесс доходит до полного исчезновения свободного кислорода. Содержание углекислоты возрастает до некоторого максимума, а температура повышается до 1500...1600 °С [42,64]. В восстановительной зоне образовавшаяся углекислота в отсутствии кислорода начинает реагировать с углеродом кокса по реакции
СО2 + С=2СО.
В результате содержание углекислоты в газах, проходящих через восстановительную зону, начинает уменьшаться при прогрессивном повышении содержания окиси углерода. Поскольку реакция протекает с поглощением теплоты, в восстановительной зоне начинает снижаться температура. Реакция заканчивается почти полным восстановлением углекислоты в окись углерода; поэтому углекислота из продуктов сгорания исчезает, что соответствует окончанию восстановительной зоны.
Выше начинается зона инертного раскаленного кокса, через которую проходит смесь газов, состоящая примерно из 34 % окиси углерода и 65 % азота, то есть теоретический воздушный генераторный газ [65-66]. В этой зоне реакций между газообразными продуктами и углеродом кокса не происходит, а имеет место только теплообмен между ними, в результате которого кокс приобретает температуру газообразных продуктов.
Над зоной раскаленного кокса находится слой свежезагруженного топлива, в котором происходят подсушка и газификация его вследствие использования физического тепла генераторного газа. В результате к генераторному газу присоединяются летучие вещества топлива и испаренная влага. Образовавшаяся смесь, в которой отсутствует кислород, выходит в надслойное пространство и далее в рабочий цилиндр двигателя.
Высота окислительной зоны равна двух-трехкратной величине преобладающего размера кусков топлива, лежащих на решетке. Высота восстановительной зоны зависит от рода топлива, она в 3...4 раза больше высоты окислительной зоны [64]. Зона раскаленного кокса не имеет определенной высоты и определяется общей высотой слоя топлива, лежащего на решетке [66,67].
При топочном процессе в ТТПД, когда не предполагается дожигание генераторного газа в рабочем цилиндре, воздух, проходящий через слой топлива, лежащего на решетке, должен обеспечить как полное сжигание кокса в слое, так и полное сжигание летучих в топочном пространстве. Поэтому в смеси газообразных продуктов сгорания и воздуха, прошедших слой горящего кокса и вышедших в надслойное пространство, должно содержаться достаточное количество кислорода для полного сжигания летучих. Это достигается организацией процесса горения таким образом, чтобы верхняя (инертная) и средняя (восстановительная) коксовые зоны отсутствовали, а нижняя (окислительная) коксовая зона не имела полной высоты. При сжигании высококалорийных углей толщину слоя поддерживают в пределах 100...120 мм [65]. Очевидно, что в топочном устройстве ТТПД необходимо поддерживать слой топлива еще ниже, так как вследствие нестационарности процесса продувки величина кислородной зоны будет уменьшаться.
В неподвижном слое топливо, загруженное на решетку, зажигается в основном под действием тепла, отдаваемого нижележащим слоем раскаленного горящего топлива [64]. Такое зажигание достаточно эффективно, так как происходит в результате совместного действия тепла, передаваемого теплопроводностью от горящего топлива, и тепла, передаваемого конвекцией от нагретых газообразных продуктов сгорания. Наряду с этим, загруженное топливо зажигается и сверху под действием тепла, излучаемого пламенем горящих в топочном пространстве летучих веществ. Такое зажигание называют верхним. Оно менее эффективно, чем нижнее, так как в этом случае топливо зажигается только под действием тепла, передаваемого теплопроводностью от верхних слоев к нижним.
Таким образом в реакторах с неподвижным слоем топливо зажигается как сверху, так и снизу; эти благоприятные условия зажигания определяют возможность эффективно сжигать топливо с высокой влажностью. Это обстоятельство важно с точки зрения использования твердого топлива в судовых условиях, так как при хранении на борту топливо может отсыревать.
Шлаковый слой на процесс горения заметного влияния не оказывает, но толщина его имеет большое значение для обеспечения нормальной работы колосниковой решетки [67]. Шлаковый слой предохраняет колосники от действия высокой температуры. При недостаточной толщине шлакового слоя расплавленная минеральная часть топлива затвердевает у самой поверхности решетки, образуя шлаковую корку, закрывающую отверстия. Вследствие этого нарушается газообмен между рабочим цилиндром и топочной камерой.
2.2. Влияние способа организации слоевого сжигания топлива на скорость обра
- Київ+380960830922