Вплив розподілу температури по вуглецевій частинці на характеристики її спалахування і горіння

Автор(и)

  • С.Г. Орловська Одеський національний університет імені І.І. Мечникова , Україна

DOI:

https://doi.org/10.18524/0367-1631.2024.62.318555

Ключові слова:

тепломасообмін, займання, горіння, згасання, вуглецеві частинки, градієнт температури, період індукції, час горіння

Анотація

В роботі проведено дослідження щодо впливу теплового потоку теплопровідністю в глибину вуглецевої частинки на характеристики її займання,  горіння і згасання в нагрітому до високої температури повітрі.

Проведено фізико - математичне моделювання процесів високотемпературного тепломасообміну та кінетики паралельних  хімічних реакцій на поверхні вуглецевих частинок, що дало змогу визначити період індукції, час та температуру горіння частинок, критичні діаметри, при яких відбувається їх згасання. Проведено аналіз впливу температурного градієнту вздовж радіуса частинки, визваного неодночасним прогріванням шарів вуглецевого масиву, на ці характеристики. Дослідження виконувались для вуглецевих частинок з початковими діаметрами 0,2 ÷ 1мм для інтервалу температур газу 1200÷1400К, які зазвичай реалізуються в топкових устроях. 

В результаті вивчення динаміки прогрівання частинок встановлено, що спостерігаються значні градієнти температури по радіусу частинки, як в момент займання, так і в момент її згасання. При згасанні температурні градієнти набагато вищі. Для досліджуваних інтервалів температур газу та діаметрів частинок при згасанні різниця температур центру та поверхні частинок становить в середньому 400÷500К. В момент займання частинок температура їх центру нижча за температуру поверхні на 100 ÷ 400К, і ця різниця тим більша, чим більший початковий діаметр частинки і вища температура газу. Доведено, що неврахування нерівномірності прогрівання частинок в глибину вуглецевого масиву призводить до неточності визначення основних характеристик займання і горіння для досліджуваного інтервалу діаметрів частинок: для періоду індукції - на 50%, для часу горіння від 7% до 17%,  температури горіння - на 100К, для діаметру, що характеризує згасання, приблизно на 5мкм. Доведено на необхідність врахування температурного градієнта особливо на стадії займання частинок.

Посилання

Alan Williams. Combustion and Gasification of Coal. – CRC Press, 2000.– 272p.

Tom Robl, Anne Oberlink, Rod Jones Coal combustion products (CCP's) : characteristics, utilization and beneficiation. – Cambridge, MA; Kidlington, 2017. – 564 p.

L. Douglas Smoot Fundamentals of Coal Combustion: For Clean and Efficient Use (Coal science and technology). – Elsevier, Amsterdam, The Netherlands, 1993. – 751 p.

Juan Riaza, Reza Khatami,Yiannis А. Levendis, Lucía Álarez, María V. Gil, Covadonga Pevida, Fernando Rubiera, José J. Pis Single particle ignition and combustion of anthracite, semi- anthracite and bituminous coals in air and simulated oxy-fuel conditions // Combustion and Flame. – 2014. – Vol. 161, №4. – P. 1096-1108.

H. Lee, S. Choi An observation of combustion behavior of a single coal particle entrained into hot gas flow // Combustion and Flame. – 2015, 162 (6). – Р. 2610-2620.

Juwei Zhang. Coal Combustion Research Advances (Energy Science, Engineering Technology). – Nova Novinka; UK ed. Еdition, 2011. – 60 р.

E.Marek, K.Stańczyk Case studies investigating single coal particle ignition and combustion // J Sustain Mining. – 2013, 12 (3). – Р.17-31.

S.G. Orlovska The influence of the collective effect on the characteristics of high-temperature heat and mass transfer of aggregates of porous carbon particles // Physics and Chemistry of Solid State. – 2011, – Vol.12, №2. – Р. 490-499.

Marcio L. de Souza-Santos Solid Fuels Combustion and Gasification Modeling, Simulation, and Equipment Operations.- Second Edition, CRC Press. – 2010. – 508 р.

Changsheng Bu, Daoyin Liu, Xiaoping Chen, David Pallarès, Alberto Gómez-Barea Ignition behavior of single coal particle in a fluidized bed under O2/CO2 and O2/N2 atmosphere: a combination of visual image and particle temperature // Applied Energy. – 2014. – Vol. 115. – Р. 301-308.

K.A.Avdeev, F.S.Frolov, A.A. Borisov, S.M. Frolov Modified model of magnesium particle ignition // Chemical Physics. – 2008. – Vol.27, № 6. – P.45-31.

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-01-21

Номер

Розділ

Тепломасообмін