T¹p chÝ Hãa häc, T. 40, sè 1, Tr. 71 - 76, 2002<br />
<br />
<br />
<br />
Nghiªn cøu chÕ ®é nhiÖt vµ qu¸ tr×nh t¹o khÝ cña<br />
ph¶n øng ch¸y cacbon cña than<br />
§Õn Tßa so¹n 4-9-2001<br />
NguyÔn Quèc ThÞnh, NguyÔn ThÕ D©n, § o V¨n T êng<br />
Tr êng §¹i häc B¸ch khoa H% Néi<br />
<br />
<br />
Summary<br />
Study on the combustion reaction of cacbon of two kind of coals in the the conditions close<br />
to the isothermal, and on the changes of the temperature on the coal surface layer, in the gas<br />
and the oxygen concentration depending on the height of the coal layer.<br />
<br />
<br />
I - Më ®Çu ®Ó thu ®5îc s¶n phÈm, n©ng cao hiÖu suÊt qu¸<br />
tr×nh còng nh5 t×m ®5îc c¸c biÖn ph¸p gi¶m «<br />
Nghiªn cøu chÕ ®é nhiÖt v qóa tr×nh t¹o nhiÔm m«i tr5êng do qu¸ tr×nh ch¸y than t¹o ra.<br />
khÝ cho phÐp ta b»ng lý thuyÕt tÝnh to¸n sù ph©n<br />
bè nhiÖt ®é cña bÒ mÆt than, nhiÖt ®é cña khÝ v II - Thùc nghiÖm<br />
nång ®é khÝ theo chiÒu cao líp than. §iÒu ®ã cã<br />
ý nghÜa lín vÒ lý thuyÕt v thùc tÕ v× cho tr5íc Than sö dông gåm 2 lo¹i than antraxit v<br />
nh÷ng ®iÒu kiÖn ban ®Çu th× b»ng tÝnh to¸n lý than gç kÝch th5íc h¹t d = 2 - 5 mm v cã chÊt<br />
thuyÕt cã thÓ x¸c ®Þnh ®5îc ®iÒu kiÖn thÝch hîp l5îng nh5:<br />
<br />
§é NhiÖt L5u<br />
§é tro, ChÊt Cacbon Hi®r« Ni t¬<br />
Lo¹i than Èm, l5îng Qk , huúnh<br />
% bèc, % Ck, % Hk, % Nk, %<br />
% cal/g Sk, %<br />
Antraxit 2,54 4,13 2,12 8390 94,06 1,03 0,44 0,84<br />
Than gç 6,30 10,57 6,14 7460 86,96 2,31 0,22 0,60<br />
<br />
TiÕn h nh nghiªn cøu ë d¹ng líp chÆt; èng Tc TK 1<br />
ph¶n øng cã d0 = 2,03 cm; tèc ®é khÝ ph¶n øng = (1)<br />
V= 1,359 l/ph (0,14 m/s); ph©n tÝch khÝ ph¶n Tnp TK 1 + Sm<br />
øng v khÝ s¶n phÈm ph¶n øng b»ng m¸y s¾c ký Trong ®ã:<br />
khÝ. Tnp l nhiÖt ®é ch¸y lý thuyÕt cùc ®¹i;<br />
Tc, TK l nhiÖt ®é cña bÒ mÆt than v cña<br />
III - KÕt qu¶ v th¶o luËn khÝ<br />
Sm l chuÈn sè Semenov.<br />
C¬ së cña ph5¬ng ph¸p tÝnh tÝnh to¸n:<br />
Gi¶i ph5¬ng tr×nh (1), x¸c ®Þnh ®5îc nhiÖt<br />
Ph5¬ng tr×nh chÕ ®é nhiÖt cña líp than ®ang ®é bÒ mÆt than (Tc) v nhiÖt ®é cña s¶n phÈm<br />
ph¶n øng cã d¹ng [1] : ch¸y (TK) khi cho tr5íc nh÷ng ®iÒu kiÖn thñy<br />
<br />
71<br />
®éng häc ( = .w) v khi biÕt tr5íc ®Æc tÝnh Trong vïng ch¸y. víi viÖc lùa chän ®iÒu<br />
hãa lý ban ®Çu cña than ®em sö dông thÓ hiÖn kiÖn thùc nghiÖm hîp lý [2 - 7], cã thÓ coi chØ<br />
qua Knp = Konpe-E/RTc. Ph5¬ng tr×nh chÕ ®é nhiÖt x¶y ra ph¶n øng tæng céng C + O2 = CO2 cña<br />
chØ ra r»ng øng víi mçi gi¸ trÞ Tc cña bÒ mÆt qu¸ tr×nh ch¸y. Tõ ph5¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt<br />
than sÏ x¸c ®Þnh ®5îc t5¬ng øng gi¸ trÞ nhiÖt ®é<br />
Tk cña khÝ khi biÕt tr5íc Tnp. cña ph©n líp ta rót ra:<br />
<br />
V1 [ .CTo 21 + (1 ]<br />
).CTN12 .T1 + . .<br />
Q<br />
22,4<br />
T + 273<br />
.( 1<br />
295<br />
) Qbx<br />
T2 = (2)<br />
T + 273<br />
V1.[ .(1 ).CTO22 + . .CTCO2 2 + (1 ).CTN22 ].( 2 )<br />
295<br />
Trong ®ã:<br />
Q l hiÖu øng nhiÖt cña ph¶n øng ch¸y<br />
V1 l thÓ tÝch cña khÝ thæi v o<br />
l nång ®é cña oxi trong giã ban ®Çu, phÇn thÓ tÝch<br />
l møc ®é ch¸y<br />
CT1j , CT2j l nhiÖt dung riªng cña khÝ j ë nhiÖt ®é T1, T2<br />
Qbx l nhiÖt bøc x¹ tõ líp than ®ang ph¶n øng ®Õn th nh èng ph¶n øng.<br />
<br />
Ph5¬ng tr×nh t¹o khÝ cña qóa tr×nh t¹o khÝ C¬ së tÝnh to¸n l dïng ph5¬ng ph¸p sai sè<br />
ch¸y, x¸c ®Þnh sù thay ®æi nång ®é O2 theo cuèi cïng. Thùc chÊt cña ph5¬ng ph¸p n y l<br />
chiÒu cao líp than, trong tr5êng hîp kh«ng thay thÕ qu¸ tr×nh liªn tôc b»ng qu¸ tr×nh tõng<br />
®¼ng nhiÖt v bá qua khuÕch t¸n ph©n tö, cã b5íc theo kh«ng gian. Líp ®5îc chia th nh<br />
d¹ng sau [1]: nhiÒu phÇn ph©n líp nhá v c¸c ®¹i l5îng cña<br />
dC 1 Tc tõng phÇn ph©n líp nhá phô thuéc v o ®iÒu<br />
- w = . Fk.C . (3) kiÖn cô thÓ cña qóa tr×nh (nhiÖt ®é ban ®Çu,<br />
dz 1 + S m TK kÝch th5íc h¹t, tèc ®é khÝ, ...), øng víi mçi<br />
Trong ®ã: phÇn ph©n líp nhá nhËn c¸c gi¸ trÞ kh«ng ®æi<br />
W l tèc ®é khÝ cu¶ nhiÖt ®é khÝ, nhiÖt ®é líp, chuÈn sè Sm v<br />
l hÖ sè khuÕch t¸n tæng céng nång ®é khÝ. ë mçi phÇn ph©n líp nhá cña qu¸<br />
C l nång ®é oxi tr×nh kh«ng ®¼ng nhiÖt chØ cã sai kh¸c gi¸ trÞ Tc<br />
Fk l bÒ mÆt ngo i cña h¹t than v Tk.<br />
Z l chiÒu cao líp than Tïy thuéc v o ®iÒu kiÖn cô thÓ ban ®Çu cña<br />
= l h m vËn chuyÓn ph¶n øng (nhiÖt ®é ban ®Çu cña qu¸ tr×nh T0 =<br />
w Tk = Tc, kÝch th5íc h¹t, tèc ®é khÝ v nång ®é<br />
oxy cña khÝ ph¶n øng) x¸c ®Þnh ®5îc nhiÖt ®é<br />
Gi¶i ph5¬ng tr×nh (3) víi ®iÒu kiÖn biªn z =<br />
ch¸y lý thuyÕt cùc ®¹i (Tnp) theo c«ng thøc (2)<br />
0 C = Co ta cã:<br />
khi = 1, Qbx = 0.<br />
C 1 Tc TiÕp theo lùa chän chiÒu cao cña phÇn ph©n<br />
= exp (- .Fk.z. ) (4)<br />
Co 1 + S m TK líp v b»ng ®å thÞ gi¶i ph5¬ng tr×nh chÕ ®é<br />
nhiÖt, xuÊt ph¸t tõ nhiÖt ®é ban ®Çu cña khÝ To<br />
Ph5¬ng tr×nh (4) cho biÕt sù ph©n bè nång<br />
v nhiÖt ®é ch¸y lý thuyÕt cùc ®¹i Tnp. Khi ®ã<br />
®é O2 theo chiÒu cao líp than trong ®iÒu kiÖn<br />
x¸c ®Þnh ®5îc nhiÖt ®é bÒ mÆt cña phÇn ph©n<br />
kh«ng ®¼ng nhiÖt, bá qua khuÕch t¸n ph©n tö.<br />
líp thø nhÊt (TC), gi¸ trÞ TC n y coi nh5 kh«ng<br />
Ph ¬ng ph¸p gi¶i ph ¬ng tr×nh chÕ ®é nhiÖt v% ®æi cho tíi cuèi ph©n líp n y. X¸c ®Þnh h»ng sè<br />
tÝnh to¸n qu¸ tr×nh t¹o khÝ theo chiÒu cao líp tèc ®é Knp øng víi gi¸ trÞ n y cña Tc. Trªn c¬ së<br />
nhiªn liÖu Knp ®| biÕt, x¸c ®Þnh chuÈn sè Semenov (Sm).<br />
<br />
72<br />
NhiÖt ®é cña khÝ ®5îc x¸c ®Þnh tõ ph5¬ng víi nhiÖt ®é ban ®Çu (T0) c ng thÊp. Sù chªnh<br />
tr×nh c©n b»ng nhiÖt cña qu¸ tr×nh ®èi víi ph©n lÖch nhiÖt ®é líp víi nhiÖt ®é khÝ c ng thÊp, th×<br />
líp thø nhÊt khi kh«ng tÝnh tíi bøc x¹ v khi tèc ®é tiªu tèn O2 v o ph¶n øng c ng thÊp.<br />
tÝnh tíi bøc x¹ tõ líp than tíi th nh èng. C ng vÒ sau theo chiÒu chuyÓn ®éng cña<br />
KÕt thóc viÖc x¸c ®Þnh nhiÖt ®é cña phÇn khÝ (c ng gÇn cuèi vïng ch¸y) th× sù kh¸c nhau<br />
ph©n líp thø nhÊt theo ph5¬ng tr×nh chÕ ®é gi÷a Tc v Tk c ng lín v tèc ®é tiªu tèn O2<br />
nhiÖt v ph5¬ng tr×nh t¹o khÝ ta ®5îc c¸c gi¸ trÞ c ng lín, do ®ã ®5êng biÓu diÔn cña nhiÖt ®é<br />
Tc, Tk v nång ®é khÝ ph¶n øng C. (Tc, Tk) theo chiÒu cao líp t¨ng râ rÖt, ng5îc l¹i<br />
ViÖc tÝnh to¸n ®èi víi phÇn ph©n líp thø 2 ®5êng biÓu diÔn nång ®é O2 trong khÝ gi¶m<br />
®5îc tiÕn h nh t5¬ng tù nh5 tÝnh to¸n ®èi víi m¹nh. Së dÜ nh5 vËy v× ph¶n øng C + O2 l<br />
phÇn ph©n líp thø nhÊt. NhiÖt ®é cña khÝ v ph¶n øng to¶ nhiÖt lín nªn c ng ph¶n øng th×<br />
nång ®é cña khÝ ra khái phÇn ph©n líp thø nhÊt l5îng nhiÖt to¶ ra c ng lín, nhiÖt ®é c ng t¨ng.<br />
®5îc coi l sè liÖu ®i v o ®èi víi phÇn ph©n líp ë cuèi vïng ch¸y khi nång ®é O2 xÊp xØ 0% ®¹t<br />
thø hai. TÝnh to¸n ®5îc tiÕn h nh ®èi víi chiÒu nhiÖt ®é cùc ®¹i.<br />
cao ®Þnh tr5íc cña líp nhiªn liÖu. Trong ®iÒu kiÖn thùc nghiÖm cña nghiªn<br />
Sö dông phÇn mÒm EXCEL ®Ó tÝnh to¸n lý cøu n y thÊy r»ng ë nh÷ng líp than ban ®Çu<br />
thuyÕt sù ph©n bè nhiÖt ®é líp, nhiÖt ®é khÝ v theo chiÒu chuyÓn ®éng cña khÝ, chuÈn sè Sm cã<br />
nång ®é oxy theo chiÒu cao líp than ë c¸c nhiÖt gi¸ trÞ lín, c ng vÒ cuèi vïng ch¸y Sm c ng<br />
®é ban ®Çu kh¸c nhau. gi¶m. Víi ®a sè c¸c thùc nghiÖm trªn hai lo¹i<br />
KÕt qu¶ tÝnh to¸n v nghiªn cøu thùc than antraxit v than gç th× miÒn ph¶n øng cña<br />
nghiÖm ®5îc tr×nh b y trªn b¶ng 2, 3 v h×nh vÏ ph¶n øng C + O2 lóc ®Çu l miÒn ®éng häc (Sm<br />
2, 3. Tõ c¸c sè liÖu ë c¸c b¶ng 2, 3 v h×nh 1, 2, > 9), sau ®ã chuyÓn v o miÒn chuyÓn tiÕp ngo¹i<br />
3 v 4 chøng tá sù kh«ng ®¼ng nhiÖt cña qóa 0,1 < Sm < 9.<br />
tr×nh ch¸y C + O2 thÓ hiÖn rÊt kh¸c nhau v cã So s¸nh hai lo¹i than thÊy r»ng trong cïng<br />
¶nh h5ëng lín tíi tèc ®é tiªu tèn O2 v o ph¶n mét ®iÒu kiÖn thùc nghiÖm nh5 nhau do than gç<br />
øng: cã kh¶ n¨ng ho¹t ®éng lín h¬n than antraxit<br />
NhiÖt ®é b¾t ®Çu ph¶n øng c ng thÊp th× nªn dÔ d ng tiÕn ®Õn miÒn chuyÓn tiÕp ngo¹i<br />
chªnh lÖch nhiÖt ®é líp (Tc), nhiÖt ®é khÝ (Tk) h¬n so víi antraxit.<br />
B¶ng 2: Sù phô thuéc cña nhiÖt ®é líp, nhiÖt ®é khÝ v nång ®é O2<br />
v o chiÒu cao líp khi tÝnh tíi bøc x¹. Than antraxit<br />
<br />
ChiÒu cao NhiÖt ®é NhiÖt ®é NhiÖt ®é Tèc ®é khÝ ChuÈn sè [O2], phÇn Qbx,<br />
líp, Mm khÝ Tk, oC khÝ Tk, K líp Tc, K W m/s Sm thÓ tÝch Kcal/phót<br />
0,0 775 1048 1048 0,49736 0,09710<br />
1,4 814 1087 1092 0,51586 9,30165 0,09044 0,01486<br />
2,8 909 1182 1195 0,56095 2,583374 0,07250 0,05739<br />
4,2 1068 1341 1416 0,63641 0,32258 0,03631 0,19386<br />
5,6 1123 1396 1480 0,66251 0,237344 0,01729 0,24743<br />
7,0 1120 1393 1494 0,66108 0,228043 0,00820 0,26012<br />
<br />
0,0 900 1173 1173 0,55668 0,09710<br />
1,4 1152 1425 1575 0,67627 0,09470 0,03826 0,29350<br />
2,8 1210 1483 1613 0,70380 0,10192 0,01569 0,33592<br />
4,2 1195 1468 1620 0,69668 0,10415 0,00650 0,34407<br />
73<br />
o<br />
C<br />
<br />
1350 Tk-775<br />
Tc-775<br />
1150 ®iÓm Tn-775<br />
Tk-900<br />
950 Tc-900<br />
®iÓm Tn-900<br />
<br />
750<br />
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10<br />
Z, mm<br />
H×nh 1: Sù phô thuéc cña Tk , T c v o chiÒu cao líp. Than antraxit<br />
<br />
[O 2 ], PhÇn t.t<br />
<br />
0,10<br />
O2-775<br />
0,08 ®iÓm Tn-775<br />
O2-900<br />
0,06<br />
®iÓm Tn-900<br />
<br />
0,04<br />
<br />
0,02<br />
<br />
0,00<br />
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10<br />
z, mm<br />
H×nh 2: Sù phô thuéc cña [O2 ] v o chiÒu cao líp<br />
<br />
<br />
o<br />
C<br />
1500<br />
<br />
1000 Tk-575<br />
Tc-575<br />
®iÓm Tn-575<br />
Tk-750<br />
500 Tc-750<br />
®iÓm Tn-750<br />
0<br />
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12<br />
z, mm<br />
H×nh 3 : Sù phô thuéc cña Tk , T c v o chiÒu cao líp. Than gç<br />
<br />
74<br />
B¶ng 3: Sù phô thuéc cña nhiÖt ®é líp, nhiÖt ®é khÝ v nång ®é O2<br />
v o chiÒu cao líp khi tÝnh tíi bøc x¹. Than gç<br />
<br />
ChiÒu [O2],<br />
NhiÖt ®é NhiÖt ®é NhiÖt ®é Tèc ®é ChuÈn sè Qbx,<br />
cao líp, phÇn thÓ<br />
khÝ Tk, oC khÝ Tk, K líp Tc, K khÝ W m/s Sm Kcal/phót<br />
Mm tÝch<br />
0,0 575 848 848 0,40244 0,09710<br />
1,4 615 888 894 0,42142 7,507505 0,09005 0,00838<br />
2,8 780 1053 1095 0,49973 0,651937 0,05637 0,06342<br />
4,2 890 1163 1230 0,55193 0,253724 0,02922 0,12206<br />
5,6 929 1202 1261 0,57044 0,23468 0,01506 0,13857<br />
7,0 932 1205 1270 0,57186 0,231548 0,00776 0,14359<br />
8,4 915 1188 1271 0,56380 0,230761 0,00400 0,14416<br />
<br />
<br />
<br />
0,0 750 1023 1023 0,48549 0,09710<br />
1,4 985 1258 1407 0,59702 0,06883 0,03989 0,19454<br />
2,8 1051 1324 1424 0,62834 0,08787 0,01741 0,20782<br />
4,2 1053 1326 1430 0,62929 0,09237 0,00770 0,21263<br />
5,6 1026 1299 1441 0,61647 0,08673 0,00337 0,22160<br />
<br />
<br />
[O 2 ], PhÇn tt<br />
0,10<br />
<br />
0,08<br />
O2-575<br />
0,06 ®iÓm Tn-575<br />
O2- 750<br />
®iÓm Tn-750<br />
0,04<br />
<br />
0,02<br />
<br />
0,00<br />
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12<br />
z, mm<br />
H×nh 4 : Sù phô thuéc cña [O2 ] v o chiÒu cao líp. Than gç<br />
<br />
<br />
75<br />
IV - KÕt luËn SSSR. M. (1958).<br />
3. X. A. Evxeeva. Ixle®ovanhie pr«xexxa<br />
§| tiÕn h nh tÝnh to¸n lý thuyÕt sù ph©n bè gorenhia Ugoln5x traxtix. Kan®. §ix., igi.<br />
nhiÖt ®é líp v nhiÖt ®é khÝ v nång ®é O2 theo M. (1975).<br />
chiÒu cao líp than ®èi víi hai lo¹i than ë c¸c<br />
nhiÖt ®é kh¸c nhau (than antraxit tõ 700 ®Õn 4. M. X. orenbax. Reakxionnaia paverxnost<br />
900oC, than gç tõ 525 ®Õn 750oC). TÝnh to¸n cã pri geterogennom gorenhii. Nauka,<br />
chó ý tíi bøc x¹ nhiÖt tõ líp than ®ang ph¶n Novoxibirxk (1973).<br />
øng tíi th nh èng ph¶n øng. C¸c sè liÖu thùc 5. D. Merriek. Coal Combustion and Conver-<br />
nghiÖm t5¬ng ®èi phï hîp víi c¸c tÝnh to¸n lý sion technology, Elsevier, Newyork (1984).<br />
thuyÕt. 6. NguyÔn Quèc ThÞnh. B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò<br />
t i “Nghiªn cøu n©ng cao hiÖu suÊt nhiÖt v<br />
T i liÖu tham kh¶o gi¶m « nhiÔm m«i tr5êng trong c¸c lß h¬i<br />
c«ng nghiÖp ghi tÜnh”, ViÖn KHCN má, H<br />
1. Z. Ph. Trukhanov. Nhekator5e problem5 Néi (1998).<br />
topliva i enhergitiki. Iz®. AN. SSSR. M. 7. B. V. Kantorovich, V. I. Mitkalinn5i, G. N.<br />
(1961). §eliagin, V. M. Ivanov. Gi®r«®inamika i<br />
2. B. V. Kantorovich. Acn«v5teoii gorenhia i te«ria gorenhia potoka topliva. Metalurgia,<br />
gaziphikaxii tvi«r®«va topliva. iz®. AN M (1971).<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
76<br />
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
