РАЗДЕЛ 2
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ СЖИГАНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В КИПЯЩЕМ СЛОЕ
В настоящем разделе представлено описание экспериментальной лабораторной
установки РСК–1Д для исследования кинетики горения топливных частиц в кипящем
слое, а также описание пилотных установок Ф–0,05–ЦКС и ЦКС–0,02 для
исследования процесса сжигания твердого топлива в ЦКС. Приведены методики
проведения импульсного эксперимента на лабораторной установке РСК–1Д и опытного
сжигания твердого топлива в ЦКС. Представлены методика обработки результатов
кинетического эксперимента, способ расчета материального баланса при проведении
опытного сжигания твердого топлива в ЦКС, а также способ минимизации
погрешности результатов. Описан сорбционный метод определения пористой
структуры угольного вещества с описанием экспериментальной установки по
определению удельной поверхности и объема пор углей и коксов "Поверхность".
Представлен метод сопоставительного исследования скоростей уноса частиц.
Рассмотрены стандартные методы исследований твердого топлива, использованные в
данной работе.
2.1. Методика определения кинетических характеристик процессов
горения твердого топлива в кипящем слое
2.1.1. У с т а н о в к а Р С К – 1 Д. Для изучения кинетики взаимодействия
твердого топлива с газами-реагентами в ИУЭ была создана лабораторная установка
РСК–1 Д*
[* Установка РСК-1Д и методика импульсного кинетического эксперимента,
первоначально с хроматографическим газоанализатором и керамической решеткой,
были разработаны под руководством А.Майстренко. Автор участвовал в модификациях
установки, в частности, в замене решетки, устройства ввода навески, импульсной
петли, в сопряжении установки с газоанализатором ULTRAMAT и с ПЭВМ [111, 128,
129], а также в отработке методик импульсного и ступенчатого импульсного
экспериментов.], позволяющая проводить исследования в диапазоне давлений от 0,1
до 2,5 МПа при температуре до 1250 °С [71–73]. Она представляет собой
дифференциальный импульсный реактор, позволяющий поддерживать при проведении
экспериментов малые градиенты температур (менее 5 °С) и давлений (менее 200 Па)
в зоне реакции по высоте навески. Интенсивное перемешивание топливных частиц в
зоне кипящего слоя обеспечивает режим идеального смешения по твердой фазе, а
также практически однородную концентрацию газа-реагента по слою образца.
Поточный характер движения газа в реакторе обеспечивает режим идеального
вытеснения по импульсу газа-реагента [91, 117].
Основу установки (рис.2.1) составляет вертикальная трубчатая электропечь (2) с
помещенным внутрь прямоточным цилиндрическим реактором (1), выполненным из
жаропрочной стали (высота – 1,1 м, внутренний диаметр – 3,3 см). В нижней части
реактора находится инертная засыпка из окиси магния (3), предназначенная для
прогрева поступающего снизу газа-реагента, сверху которой расположена
перфорированная решетка кипящего слоя (4). Решетка выполнена из нержавеющей
сетки и имеет сопротивление более 1000 Па, за счет чего достигается равномерное
распределение скоростей потока газа-реагента по сечению реактора. Температура в
реакционной зоне контролируется ХА-термопарами, которые размещены в центре
кипящего слоя исследуемого образца топлива, в печи и снаружи реактора (все на
одном уровне). Измерение температур обеспечивает многоканальный цифровой
измеритель температуры типа УКТ – 38 (цена деления – 0,1 °С) с классом точности
0,05. Подача газов осуществляется при помощи системы газоподготовки – рампы
баллонов (11) с газом-реагентом (воздух, СО2) и инертным газом (гелий, аргон,
азот) (12).
Установка оснащена дозирующим устройством (15), состоящим из шестиходового
крана с калиброванными сменными петлями, объемом от 100 до 600 мл. Это
устройство позволяет вводить в непрерывный ток инертного газа заданное
количество (импульс) газа-реагента, объем которого определяется объемом сменной
петли.
При проведении кинетического эксперимента измеряется расход газа, проходящего
через реактор, а также давление на его входе и выходе согласно
приведенной схеме установки. Концентрация газовых компонент (СО2, СО и О2)
измеряется газоанализатором непрерывного действия ULTRAMAT 23.
Для определения кинетических характеристик на установке РСК–1Д была разработана
методика проведения кинетического эксперимента.
Порядок проведения измерений зависит от цели кинетического эксперимента:
* получение зависимости скорости реакции от степени конверсии при заданной
температуре (Rm = f (X) при Т » const), где Rm – удельная скорость реакции, Х –
степень конверсии образца;
* получение зависимости скорости реакции от температуры на квазистационарном
участке кривой конверсии (Rm = f(T));
* определение кинетических констант.
Следует отметить, что зависимость скорости реакции от температуры является
основой для определения кинетических констант взаимодействия газа-реагента с
углеродом кокса, получаемых в ходе вторичной обработки данных. Все указанные
зависимости определяются на основании импульсной методики проведения
эксперимента, наиболее важные особенности, которой приведены ниже [83, 91,
117].
2.1.2. М е т о д и к а п р о в е д е н и я э к с п е р и м е н т а п о
о п р е д е л е н и ю к и н е т и ч е с к и х х а р а к т е р и с т и к п р о
ц е с-с о в г о р е н и я т в е р д о г о т о п л и в а в К С. Образец
коксового остатка, используемый в эксперименте, готовится при заданных конечной
температуре пиролиза и времени выдержки навески угля в инертной среде. Обычная
процедура подготовки образца состоит в следующем. Предварительно высушенную
навеску угля известной массы (до 3 г) помещают на перфорированной решетке
реактора, ус
- Київ+380960830922