Исследование физико-химических процессов, происходящих при горении пылеугольного топлива
Исследование процессов тепломассопереноса в высокотемпературных и термохимически активированных реагирующих потоках в реальной физико-химической системе в трехмерной геометрии с применением численных методов. Распределение концентрации кислорода.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 21.06.2018 |
| Размер файла | 341,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Исследование физико-химических процессов, происходящих при горении пылеугольного топлива
Аскарова А.С., Болегенова С.А., Максимов В.Ю., Бекмухамет А., Бекетаева М.Т.
Казахский национальный университет им. аль-Фараби, физико-технический факультет, Алматы, Казахстан
Аннотация
Исследовано процессов тепломассопереноса в высокотемпературных и термохимически активированных реагирующих потоках в реальной физико-химической системе (турбулентные течения с физико-химическими превращениями в камерах сгорания) в трехмерной геометрии с применением численных методов.
Ключевые слова: горения, тепломассопереноса, топлива.
Источником кислорода для камеры сгорания является атмосферный воздух. Для осуществления реакции горючих компонентов топлива с кислородом необходима достаточно высокая температура для воспламенения, тщательное перемешивание топлива или турбулентность, обеспечивающая такое перемешивание, а также время, достаточное для полного сгорания. Анализ скоростных и температурных полей показал, что в центре топочной камеры создаются благоприятные условия для интенсивного протекания реакций горения. Изменение концентрации окислителя по высоте топочной камеры представлено на рисунке 1 в виде кривых изменения концентрации кислорода. Максимальные изменения концентрации кислорода имеют место в области горелок, через которые подается топливо и окислитель. В этой области химические реакции идут наиболее интенсивно и неоднородно. По мере приближения к выходу отклонения максимальных и минимальных значений от среднего сокращается.
1-0 - минимальные; 2-0 - средние; 3-0 - максимальные в сечении значения
Линии 1-0, 2-0, 3-0 - расчет; ¦ - эксперимент
Рисунок 1. Распределение концентрации О2 по высоте топочной камеры
Картина образования оксидов углерода (СО, СО2) представлена на рисунках 1 - 3. Процесс этот неоднозначен. В процессе горения углерода вторичные реакции догорания СО в газовом объеме и восстановления СО2 на поверхности углерода, переплетающиеся с первичными реакциями, позволяют судить о нелинейности истинного химического механизма горения углерода. Кроме того, гетерогенный процесс горения углерода, связанный с наложением диффузионных явлений на химические процессы, вместе с внутренним реагированием еще более искажает основной химический процесс. Механизм реагирования углерода с кислородом представляется следующим образом. Из газового объема кислород адсорбируется на поверхности углерода, где атомы кислорода вступают в химическое соединение с углеродом, образуя сложные углеродно-кислородные комплексы СxОy. Последние распадаются с образованием СО2 и СО. Скорость распада сильно увеличивается с увеличением температуры. Углерод при определенных температурных условиях реагирует с кислородом и углекислотой. В результате реагирования углерода с кислородом одновременно образуется оба окисла углерода - СО2 и СО, а в результате реагирование с углекислотой - окись углерода. Совместное нахождение окиси углерода и кислорода, способных реагировать друг с другом, дает третью реакцию - горение окиси углерода. В местах расположения горелок происходит как подача пылеугольной пыли с определенной концентрацией углерода, так и воздуха с определенным значением концентрации углерода. В этой области происходят основные реакции реагирования углерода, о чем свидетельствуют максимумы на кривых распределения СО (рисунок 2).
Таким образом, можно выделить три основных процесса, преобладающих при реагировании углерода топлива:
- реагирование углерода с кислородом, связанное с одновременным образованием СО2 и СО:
С + О2 = СО2 + 409,1 МДж/моль
2С + О2 = 2СО + 2*123,3 МДж/ 2 моля
- взаимодействие углекислоты с углеродом
С + СО2 = 2СО - 162,5 МДж/моль
- соединение кислорода с окисью углерода
2СО + О2 = 2СО2 + 2*285,8 МДж/2 моля.
1-0 - минимальные; 2-0 - средние; 3-0 - максимальные в сечении значения
Рисунок 2. Распределение концентрации СОпо высоте топочной камеры
тепломассоперенос высокотемпературный термохимический поток
1-0 - минимальные; 2-0 - средние; 3-0 - максимальные в сечении значения
Линии 1-0, 2-0, 3-0 - расчет; ¦ - эксперимент
Рисунок 3. Распределение концентрации СО2 по высоте топочной камеры
Как видно из рисунков 2 и 3 картина распределения СО не соответствует полю СO2, что говорит об отличиях в процессе образования СО2 и СО. Видно, что основное образование диоксида углерода СО2 происходит по мере удаления от центра топки, т.е. области столкновения струй топлива и окислителя из противогорелок. Таким образом, можно сделать вывод о том что, процесс образования оксидов углерода зависит не только от явлений переноса, но и от кинетики процесса. Тот факт, что углерод может реагировать с кислородом разными способами, чрезвычайно важен при проектировании топочных камер. Любые технологии сжигания должны обеспечивать полное смешивание топлива с кислородом до полного сгорания с образованием CO2, а не CO. В противном случае тепловыделение резко снизится, поскольку при образовании CO выделяется лишь 28% той энергии, которая выделяется при образовании CO2.
1-0 - минимальные; 2-0 - средние; 3-0 - максимальные в сечении значения
Рисунок 4. Распределение концентрации Н2О по высоте топочной камеры
Кроме углерода, в топливе содержится определенное количество водорода, что тоже вносит свой вклад в процесс горения 2H2 +O2 = 2H2O. В процессе реакции горения вода, содержащаяся в топливе, испаряется. Поскольку экибастузский уголь имеет высокую влажность при высоких температурах процесс испарения идет интенсивно, с чем связано наличие минимумов на кривых распределения концентрации H2O (рисунок 4). Образование воды в газообразном состоянии наиболее интенсивно происходит на некотором расстоянии от зоны горелок и имеет равномерный характер по мере приближения к выходу из топочного пространства.
Литература
1. Мессерле В.Е., Сакипов З.Б., Устименко А.Б., Калиненко Р.А. и др. Математическое моделирование электротермохимической подготовки энергетических углей к сжиганию с учетом образования оксидов азота Материалы Всесоюзной научно-технической конференции «Математическое моделирование в энергетике». - Киев, 1990. - T.3. - C.137-140.
2. Аскарова А.С., Болегенова С.А., Бекмухамет А., Максимов В.Ю. Бекетаева М.Т., Габитова З.Численное исследование турбулентных течений в канале с дополнительным источником массы //Материалы международной научно-практической конференции «Проблемы модернизации и посткризисное развитие современного общества», март 2012г., г. Саратов, Россия, с.60-62.
Размещено на Allbest.ur
...Подобные документы
Исследование растворов глюкозы, малахитового зеленого, метилового красного и фуксина с добавлением нанопорошка железа. Изучение процесса снижения концентрации указанных веществ за счет адсорбции на поверхности наночастиц и их осаждением в магнитном поле.
дипломная работа [3,8 M], добавлен 05.09.2012Характеристика методов анализа нестационарных режимов работы цепи. Особенности изучения переходных процессов в линейных электрических цепях. Расчет переходных процессов, закона изменения напряжения с применением классического и операторного метода.
контрольная работа [538,0 K], добавлен 07.08.2013Проведение испытаний на ползучесть облученной быстрыми нейтронами в реакторе БН-350 конструкционной стали 1Х13М2БФР в температурно-силовых условиях, имитирующих длительное хранение для выявления степени деградации физико-механических свойств чехлов.
лабораторная работа [3,8 M], добавлен 04.09.2014Характеристика процессов структурообразования новой фазы и разрушения связи между частицами, элементами однородных и разнородных систем, как одной из важных проблем физики твердого тела и физико-химической механики. Электроактивационные нанотехнологии.
научная работа [1,7 M], добавлен 17.03.2011Исследование процессов, происходящих в простейших электрических цепях переменного тока, содержащих последовательное соединение активных и индуктивных сопротивлений. Измерение общей силы тока, активной и реактивной мощности; векторная диаграмма напряжений.
лабораторная работа [79,2 K], добавлен 11.05.2013Геотермальная энергия, ее получение из природного тепла Земли за счет расщепления радионуклидов в результате физико-химических процессов в земных недрах. Классификация источников геотермальной энергии. Развитие геотермальной энергетики в России.
реферат [1,6 M], добавлен 14.08.2012Описание структуры и параметров активированных кристаллов. Характеристики полиэдров Вороного-Дирихле. Исследование структуры и расчет параметров Джадда-Офельта для активированных кристаллов. Изучение структуры шеелитов методом пересекающихся сфер.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 20.07.2015Классификация методов электроразведки. Характеристика естественных, искусственно созданных постоянных и переменных электромагнитных полей. Электрическая модель горной породы, возникновение граничных слоев, диффузионных и электродинамических процессов.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 18.01.2015Нахождение содержания кислорода в продувочном аргоне. Определение функции концентрации кислорода в сосуде по времени продувки. Выражение объема кислорода в сосуде дифференциальным уравнением. Построение графика функции, таблицы по концентрациям кислорода.
задача [19,2 K], добавлен 23.08.2015Основные процессы и явления, определяющие спектры активированных лазерных сред. Принципы получения спектральных характеристик матриц на основе ионов Er3+. Экспериментальные измерения спектров поглощения и люминесценции, анализ полученных данных.
дипломная работа [634,7 K], добавлен 18.05.2016Исследование технологических процессов производства тепловой и электрической энергии с использованием древесного топлива. Характеристика технологии высокоэффективной энергетической утилизации твердых отходов методом сверхкритических флюидных технологий.
статья [20,3 K], добавлен 09.11.2014Исследование пятиэлементной механической модели демпфирующего устройства, образованной в виде параллельного соединения сред Фойхта и Джеффриса. Анализ простейших моделей сред, используемых при описании колебательных процессов. Расчёт затухающих колебаний.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 05.11.2011Изучение кинетики тепловых процессов в резервуарах типа РВС для хранения нефти и нефтепродуктов. Расчет и построение физико-математической модели по оценке теплового состояния резервуара РВС с учетом солнечной радиации, испарений и теплообмена с грунтом.
реферат [196,1 K], добавлен 25.09.2011История развития процессов получения и использования энергии. Существующие виды топлива. Технологические свойства жидкого топлива. Применение газообразного топлива в различных отраслях народного хозяйства. Тепловое действие электрического тока.
реферат [27,1 K], добавлен 02.08.2012Исследование формирования катодолюминесцентного излучения, генерации, движения и рекомбинации неравновесных носителей заряда. Характеристика кинетики процессов возгорания и гашения люминесценции, концентрации легирующих примесей в ряде полупроводников.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 10.06.2011Методика расчета горения топлива на воздухе: определение количества кислорода воздуха, продуктов сгорания, теплотворной способности топлива, калориметрической и действительной температуры горения. Горение топлива на воздухе обогащённым кислородом.
курсовая работа [121,7 K], добавлен 08.12.2011Характеристика методов определения концентрации химических элементов в сложных соединениях. Методики определения концентрации железа (III) и выбор оптимального метода его определения в полиэлектролитных микрокапсулах и магнитоуправляемых липосомах.
дипломная работа [942,6 K], добавлен 25.07.2015Проверка эффекта Мпембы. Исследование температуры замерзания воды в зависимости от концентрации соли в ней. Зависимость температуры кипения от ее продолжительности, концентрации соляного раствора, атмосферного давления, высоты столба жидкости в сосуде.
творческая работа [80,5 K], добавлен 24.03.2015Исследование переходных и установившихся процессов в системе автоматического регулирования температуры в производственной печи на основе методов компьютерного моделирования. Расчет значения параметров элементов по задающему и возмущающему воздействию.
лабораторная работа [182,5 K], добавлен 22.10.2015Построение и исследование математической модели реактивной паровой турбины: назначение, область применения и структура системы. Описание физических процессов, протекающих в технической системе, её основные показатели: величины, режимы функционирования.
курсовая работа [665,8 K], добавлен 29.11.2012
