WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 9 | 10 || 12 | 13 |   ...   | 22 |

Разработка и исследование установки приготовления композитного котельного биотоплива из отходов животноводческих ферм и нефтехозяйств

-- [ Страница 11 ] --

с добавлением слагаемых, учитывающих потери на местных и распределенных сопротивлениях. Этому соответствует в частности уравнения Биглера В.И. и Юдаева В.Ф. [3], предложенная для моделирования нестационарного течения потока жидкости:

– плотность жидкости, l – длина канала, V – скорость, t – время, P – статический перепад давления, B – коэффициент гидравлического сопротивления, учитывающий потери напора, линейно зависящие от скорости потока, – динамическая вязкость жидкости, dэ – эквивалентный диаметр канала, – гидравлическое сопротивление [28,32].

Кавитацией называется совокупность процессов образования пузырьков пара и их конденсации. Кавитация возникает лишь при наличии в жидкости примесей в виде мельчайших твердых частиц, пузырьков газов (воздуха, паров) или капелек другой жидкости при сотрясениях, вибрации (рис. 14, а и б).

Рисунок 13 - Фотографии развития процесса кавитации в жидкости (а и б) Кавитационное течение характеризуют безразмерным параметром (числом кавитации):

P — гидростатическое давление набегающего потока, Па;

Pз — давление насыщенных паров жидкости при определенной температуре окружающей среды, Па;

— плотность среды, кг/м;

V — скорость потока на входе в систему, м/с.

Известно, что кавитация возникает при достижении потоком граничной скорости V=Vc, когда гидростатическое давление в потоке становится равным давлению парообразования (насыщенных паров). Этой скорости соответствует граничное значение критерия кавитации.

В зависимости от величины Х можно различать четыре вида потоков:

докавитационный — сплошной (однофазный) поток при X = 1, кавитационный — (двухфазный) поток при X 1, пленочный — с устойчивым отделением кавитационной полости от остального сплошного потока (пленочная кавитация) при X 1, суперкавитационный — при X « 1.

Акустическая кавитация представляет собой эффективное средство концентрации распределенной энергии звуковой волны низкой плотности в захлопыванием кавитационных пузырьков [4]. Общая картина образования кавитационного пузырька представляется в следующем виде. В фазе разрежения акустической волны в жидкости образуется разрыв в виде полости, которая заполняется насыщенным паром данной жидкости. В фазе сжатия под действием повышенного давления и сил поверхностного натяжения полость захлопывается, а пар конденсируется на границе раздела фаз. Через стены полости в нее диффундирует растворенный в жидкости газ, который затем подвергается сильному адиабатическому сжатию [48,49].

Чтобы в жидкости образовалась полость, необходимо раздвинуть ее соседние молекулы на расстояние не менее удвоенной длины промежутка между ними. Жидкость может выдерживать максимальное растягивающее напряжение, рассчитываемое по формуле [5,61,62]:

– поверхностное натяжение жидкости;

При распространении в жидкости гармонических колебаний без учета диффузии газа через поверхность пузырька, но с учетом изотермичности процесса роста пузырька с радиусом R, уравнение кавитационного равновесия записывается как [61,62]:

Р0 – начальное давление в пузырьке, Па;

Ра – акустическое давление, Па;

Р – статическое давление в жидкости, Па;

Pп – давление насыщенных паров, Па;

R0 – начальный радиус пузырька, м.

Нелинейное дифференциальное уравнение, подобное уравнению Бернулли, описывающее простую модель сферически-симметричной пульсации газовой полости радиусом r = R(t) в поле плоской звуковой волны, имеет вид:

Аналитическое решение этого уравнения, получено Рэлеем [6] при простейших условиях: Pa = P; P(R) = 0, т.е. захлопывания пустой полости под действием гидростатического давления [92,93].

Время захлопывания пустой полости определяется как:

Процесс развития кавитационной области представляется следующим образом. При захлопывании кавитационный пузырек может терять устойчивость и распадаться на части, а так как давление и температура в этот момент в пузырьке максимальны, то давление и температура парогазовой смеси в образовавшихся «осколках» тоже повышены. В фазе растяжения они легко расширяются и становятся новыми зародышами кавитации, менее прочными, чем постоянно имеющиеся в жидкости. Кавитационные полости, возникшие на этих зародышах, порождают новые. Внутри кавитационной области идет непрерывный процесс размножения и коагуляции кавитационных пузырьков, причем кавитационный порог несколько уменьшается, так как в установившемся режиме роль кавитационных зародышей начинают выполнять равновесные пузырьки, объем и газосодержание у которых больше, чем у зародышей.

В качестве величины, характеризующей степень развитости кавитации, Л.Д. Розенберг [177] предложил использовать индекс кавитации:

– выделенный объем;

– объем всех кавитационных пузырьков.

Величина K лежит в пределах 0 K 1. Нижний предел соответствует отсутствию кавитации, верхний предел достижим только в локальном объеме.

кавитационных пузырьков [178,180]:

Н – энтальпия подсистемы;

– химический потенциал пара в единице объема.

Анализ приведенных литературных материалов позволяет выдвинуть предварительные требования к свойствам композитных биотопливных суспензий получаемых на промышленном оборудовании:

- суспензии должны иметь равномерно распределенную дисперсную фазу по всему объему пробы;

- частицы дисперсной фазы должны иметь размер от 5 до 25 мкм (согласно микроисследованиям образцов, см. Глава 4), что определяет стабильность топливной суспензии и длительность срока хранения;



- топливная суспензия должна хорошо распыляться форсунками.

2.4 Горение композитного котельного биотоплива Жидкие углеводородные топлива представляют собой класс горючего, горение которых происходит как в замкнутом пространстве камер, так и в факеле открытых топочных устройств (тяжелые высоковязкие топлива). Общий для всех способов сжигания этап преобразования топлива — первичное диспергирование (распыление) - одновременно является основным способом интенсификации его испарения. Поэтому сами факторы, определяющие распыление и испарение топлива, без учета их влияния на суммарные характеристики процесса горения, приобретают самостоятельное значение [174,192].

Развитие работ в этой области показывает, что задачи образования хорошо распыленных жидких струй, испарение одиночных капель и всей струи, а также условия, необходимые для создания той или иной степени равновесного испарения, представляют интерес, в основном, для летучих топлив. При этом было установлено, что с увеличением вязкости топлива увеличивается время разрушения жидкой струи, подвергаемой ротационно-симметричным воздействиям. Вязкость также значительно уменьшает скорость деформации образующихся первоначальных капель, что существенно затрудняет их дальнейший распад [202,205].

В случае факельного сжигания вязкость топлива является главной причиной широкой функции распределения частиц по размерам и является основным фактором неоднородности структуры факела. На практике, при сочетании воздушного распыления и распыления давлением, не удается уменьшить разброс диаметров полученных капель, который составляет несколько порядков.

Искусственная турбулизация воздушного потока способствует полному испарению наиболее мелких частиц перед подачей в зону горения факела, но не исключает догорания жидкого топлива в его наружной зоне вместе с твердыми частицами сажи и кокса [207,208]. В результате структура факела и граница между фронтом горения и наружной зоной становятся неоднородным.

Распыление топлива, как первичный этап его преобразования, предлагается заменить эмульгированием, а полученную гетерогенную суспензию, после предварительного испарения, подавать в зону горения факела в газовой фазе. Это приводит к образованию на выходе ламинарного диффузионного факела, структура которого однородна и не содержит жидкой фазы [170,213,216].

Для распыленного топлива испарение является следующей основной стадией его подготовки. Для тяжелых нефтяных фракций, являющихся сложной смесью многих углеводородов, приведенная методика неприменима, и решение может быть найдено из эмпирических соотношений на основе принятых стандартных тестов.

В случае факельного сжигания распыленного топлива условия его максимального испарения (равновесные) становятся еще более неопределенными.

При высоких температурах, характерных для мазутного факела, испарение топлива, как и диффузия окислителя, являются наиболее медленными процессами, определяющими скорость горения. Влияние испарения на скорость горения значительно возрастает для высоковязкого (20-40 сантистоксов) топлива, поскольку основным свойством топлива, влияющим на степень дисперсности частиц, считается вязкость [54-56,59] Наряду с общей неоднородностью структуры факела, недостатком окислителя в зоне испарения и смесеобразования, а также ответным влиянием горячих топочных газов, скорость самого процесса испарения вносит дополнительную неопределенность, лимитируя весь процесс горения [60,61,72].

Предлагается замена процесса испарения распыленного топлива испарением приготовленной на его основе водотопливной суспензии при отсутствии окислителя. Это позволит исключить из рассмотрения как влияние окислителя на этапе предварительного испарения суспензии, так и испарение отдельных горящих капель распыленного топлива, а также способствовать наиболее полному для данного расхода топлива испарению суспензии. При этом происходит пространственное разделение стадий испарения и горения, когда зона горения строго фиксирована (в факеле), а объем газовой фазы (до факела) может меняться [72].

В связи с этим для композитных топлив, кипящих в широких температурных интервалах, возникает вопрос о составе топлива в процессе испарения. Как показывают эксперименты по испарению многокомпонентных струй в неподвижный воздух, концентрация компонента с более высокой точкой кипения в остающихся каплях увеличивается [24,27,34]. При повышенных температурах воздуха увеличение концентрации высококипящего компонента становится еще более резко выраженным [77,84].

Следовательно, полное испарение многокомпонентного топлива может произойти при заданной скорости его прогрева во всем диапазоне температур кипения. На основании этого можно предположить, что по мере продвижения макрообъема такого топлива в температурном поле с известным температурным градиентом топливо будет претерпевать последовательные этапы испарения каждого компонента [34].

Такое испарение может иметь место в специальной камере с температурным градиентом, соответствующим интервалу температур кипения данного топлива.

Конфигурация камеры испарения, в частности, соотношение ее длины и площади поперечного сечения, объем, зависят от скорости испарения и расходования топлива.

Горение композитного топлива имеет ряд стадий: подогрев топлива, возгонка летучих и образование золы, горение летучих и золы. Из всех этих стадий определяющей является стадия горения зольного остатка, т. е. стадия горения углерода, интенсивность которой и определяет интенсивность топливосжигания и газификации в целом. Определяющая роль горения углерода объясняется следующим [218-220]:

Во-первых, твердый углерод, содержащийся в топливе, является главной горючей составляющей почти всех топлив. Так, например, теплота сгорания углерода составляет 40,5% теплоты сгорания горючей массы.

Во-вторых, стадия горения зольного остатка оказывается наиболее длительной из всех стадий и может занимать до 90% всего времени, необходимого для горения.

В третьих, процесс горения золы имеет решающее значение в создании тепловых условий протекания других стадий.

Следовательно, основой правильного построения технологического метода сжигания композитных топлив является создание оптимальных условий для процесса горения углерода.



Pages:     | 1 |   ...   | 9 | 10 || 12 | 13 |   ...   | 22 |
 





 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.