К исследованию процессов горения брикетированного топлива
Измерена теплота горения брикетированного топлива на основе соломы (как чистой, так и с примесями угля, парафина и отходов нефтепродуктов). Установлено, что наличие примесей в образце увеличивает ее значение (от 17,2 кДж/кг до 21 кДж/кг). Вимірена теплота згорання брикетованого палива на основі соло...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Дата: | 2007 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2007
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61318 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | К исследованию процессов горения брикетированного топлива / Е.Л. Лох, И.И. Абаржи // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 39-43. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859640319604162560 |
|---|---|
| author | Лох, Е.Л. Абаржи, И.И. |
| author_facet | Лох, Е.Л. Абаржи, И.И. |
| citation_txt | К исследованию процессов горения брикетированного топлива / Е.Л. Лох, И.И. Абаржи // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 39-43. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | Измерена теплота горения брикетированного топлива на основе соломы (как чистой, так и с примесями угля, парафина и отходов нефтепродуктов). Установлено, что наличие примесей в образце увеличивает ее значение (от 17,2 кДж/кг до 21 кДж/кг).
Вимірена теплота згорання брикетованого палива на основі соломи (як чистої, так і з домішками вугілля, парафіну і відходів нафтопродуктів). Встановлено, що присутність домішок в зразку збільшує її значення (від 17,2 кДж/кг до 21 кДж/кг).
Measurements of briquette fuel on the straw basis (both clean and with additives of coal, paraffin and waste of oil) combustion heat. It is established that the presence additives in the sample increase its the value (from 17,2 kJ/kg to 21 kJ/kg). On
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:20:51Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 39
Вимірена теплота згорання брикето)
ваного палива на основі соломи (як чис)
тої, так і з домішками вугілля, парафіну і
відходів нафтопродуктів). Встановлено,
що присутність домішок в зразку
збільшує її значення (від 17,2 кДж/кг до
21 кДж/кг). На основі моделі пористого
брикету в формі циліндру, пронизаного
вздовж осі системою паралельних ка)
налів певного радіусу, та в припущенні,
що швидкість згорання – найменша в
багатостадійному процесі, показано, що
в залежності від числа каналів та значен)
ня їх радіусу час реакції може бути істот)
но скорочений (більш, як на порядок).
Внутрішня реакційна поверхня зразка
при цьому ~ , де n – число каналів.
Измерена теплота горения брикети)
рованного топлива на основе соломы
(как чистой, так и с примесями угля, па)
рафина и отходов нефтепродуктов). Ус)
тановлено, что наличие примесей в образ)
це увеличивает ее значение (от 17,2 кДж/кг
до 21 кДж/кг). На основе модели порис)
того брикета в форме цилиндра, прони)
занного вдоль оси системой параллель)
ных каналов определенного радиуса, и в
предположении, что скорость горения –
наименьшая в многостадийном процес)
се, показано, что в зависимости от чис)
ла каналов и значения их радиуса время
реакции может быть существенно со)
кращено (более, чем на порядок). Внут)
ренняя реакционная поверхность образ)
ца при этом ~ , где n – число каналов.
Measurements of briquette fuel on the
straw basis (both clean and with additives
of coal, paraffin and waste of oil) combus)
tion heat. It is established that the pres)
ence additives in the sample increase its
the value (from 17,2 kJ/kg to 21 kJ/kg). On
the basis of porous briquette model in the
form of a cylinder, which is pierced along
axis by a system of parallel channels of a
certain radius, and making an assumption,
that a speed of combustion is the least in a
multistage process, it is shown, that
depending on a number of channels and
value of its radius, a time of reaction may
be considerably shortened (greater than
by an order). The inside reaction surface of
a sample at this ~ , where n is a number
of channels.
n
n
n
УДК: 662. 636
ЛОХ Е.Л., АБАРЖИ И.И.
Институт технической теплофизики НАН Украины
К ИССЛЕДОВАНИЮ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ
БРИКЕТИРОВАННОГО ТОПЛИВА
A – средний стехиометрический коэффициент
реакции горения;
a – константа;
c – теплоемкость брикета;
h – теплота испарения;
Ko = q0/c(Tb–T0) – аналог критерия Коссовича,
L – длина брикета;
Mt – масса соломы, сгоревшей к моменту времени t;
n – число каналов;
Q – тепло, выделившееся к моменту времени t;
Q0 – тепло, выделяемое в единицу времени в про;
цессе горения;
Q0
* – количество тепла, выделившегося при сго;
рании сплошного брикета (без каналов);
q0 – теплота горения;
qb – удельная теплота горения, измеренная по ко;
личеству тепла, выделившегося в калометри;
ческой бомбе;
qh – высшая удельная теплота горения;
qu – низшая удельная теплота горения;
R – радиус цилиндра, включающего и канал, и
массу вещества, окружающего данный канал;
R0 – радиус образца брикета;
r – текущий радиус канала;
r0 – начальный радиус канала;
S – площадь поперечного сечения канала;
S0 – площадь поперечного сечения канала в на;
чальный момент времени;
T, – температура сплошной части брикета;
Tb, – температура горения поверхности, равная
температуре газов в канале;
T0, – температура на внешней границе сплошной
части цилиндра, окружающего канал;
t – текущее время;
t* – время полного сгорания брикета;
V0 – объем сплошного брикета (без каналов);
Vk – суммарный объем всех каналов, x = r/R;
Г = ρ dr/dt – массовая скорость горения;
ρ – плотность брикета;
λ – коэффициент теплопроводности брикета;
χ – коэффициент температуропроводности брикета;
ζ – координата подвижной поверхности горения.
Индексы:
0, b, h, k, t, u – нижние индексы;
* – верхний индекс.
Интерес к использованию соломы как вида
топлива в последнее время заметно повысился. В
этой связи возникли и определенные проблемы,
связанные как ее с транспортировкой, так и с вы;
бором определенных режимов ее горения. Пер;
вая задача решается с помощью брикетирования.
Размеры и форма брикетов могут быть различны;
ми [1] в зависимости от требований заказчика, и
эта проблема в целом решена. Что же касается
режимов горения и вообще его механизма, то
здесь ситуация выглядит намного сложнее. По
своему молекулярному составу солома сущест;
венно отличается и от угля, и от газа, процессы
горения которых в достаточной степени изучены.
Например, содержание [1] углерода и кислорода
в угле составляет (в массовом отношении) 59% и
7% соответственно, в то время как в соломе эти
величины примерно одинаковы (43% и 38%)
Очевидно, что этот фактор должен оказывать су;
щественное влияние и на сам механизм горения.
Но если при горении угля (при T < 1500 K) ос;
новной считается реакция окисления углерода
при адсорбции кислорода поверхностью с обра;
зованием при этом двуокиси углерода СО2, и ре;
акция протекает на горящей поверхности [2], то
при горении соломы полной ясности нет: идет ли
вначале полное испарение (термолиз) всей поверх;
ности и реакции окисления протекают в объеме,
или имеет место частичная адсорбция окислителя
поверхностью с последующим горением на ней же
(так называемое горение твердого топлива, когда и
окислитель, и горючий компонент находятся в
твердом состоянии). Нет понимания и в том, ка;
кую реакцию следует считать основной, с тем, что;
бы провести хотя бы качественные оценки. Нако;
нец, большое количество летучих компонентов
серьезно затрудняет анализ самого процесса.
Для практических целей необходимы, в пер;
вую очередь, сведения о значении теплоты горе;
ния брикетированного топлива и причинах, вли;
яющих на скорость реакции. В отличие от
литературных данных [1] в ИТТФ НАН Украины
измерения теплоты горения были выполнены не
только для чистой соломы, но и для композици;
онных смесей из соломы и отходов нефтепро;
дуктов, тонкодисперсных отходов каменного уг;
ля, парафина. Исследования проводились с по;
мощью кондуктивного бомбового изопереболи;
ческого калориметра КТС;2 [3], предназначен;
ного для определения тепла, выделяемого при
сгорании топливной пробы в укомплектованной
с КТС;2 универсальной калориметрической
бомбе БКУ;1. Определение выделяемого тепла
проводилось интегральным способом [3]. Поми;
мо этого, были проведены расчеты удельных
высшей (с учетом поправок на образование и
растворение серной и азотной кислот) и низшей
(поправки, учитывающие теплоту парообразова;
ния при 25 oС из расчета на 1% испаряемой воды,
а также на наличие водорода и степени влажнос;
ти образца) теплот горения. В таблице 1 приведе;
ны некоторые результаты измерений. В послед;
них двух строках (образцы 8 и 9) приведены
данные, когда образец содержит двойную добав;
ку. Из таблицы видно, что их наличие увеличива;
ет величины теплот горения, причем, как оказа;
лось, зависимость последних от концентрации
примесей – линейная. Наиболее значительный
рост установлен (расчетом) при одновременном
7% и 23% содержании парафина и угля соответ;
ственно (qh возрастает до 23 мДж/кг). Эти данные
коррелируют с таковыми в [1].
В [4] исследована зависимость скорости горе;
ния низкосортного антрацитового штыба (АШ) и
СШ1 от концентрации различных добавок: гра;
нул из лузги подсолнечника и древесных отходов.
Выявлено, например, что она возрастает с рос;
том концентрации гранул лузги и наибольшее ее
значение достигается при их 60% содержании в
топливной смеси, т.е. увеличение скорости горе;
ния достигается добавлением к низкореакцион;
ному топливу (АШ и СШ) высокореакционного
(биогранул). Между тем, увеличение или умень;
шение скорости горения для брикетированного
топлива может быть достигнуто просто увеличе;
нием поверхности реакции, которая для брике;
тированных образцов может быть развита как за
счет их пористости (при определенной степени
сжатия), так и просверливанием в них некоторо;
го числа каналов. Очевидно, этот фактор может
определять и режим горения, т.е., регулируя ка;
ким;либо образом поверхность реакции, можно
40 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7
1СШ – семечковый штыб;уголь с размерами частиц от нуля до 12…13 мм
обеспечить и постоянство выделяемого в едини;
цу времени тепла. Покажем это, не детализируя
механизм процесса, но предполагая, что горение
протекает на твердой поверхности.
Предположим, что брикет цилиндрической
формы пронизан вдоль своей оси системой
сквозных параллельных каналов радиуса r0, чис;
ло которых n, а также, что рассматриваемый про;
цесс определяется тепломассопереносом в одном
канале. Будем также полагать, что стадия реак;
ции (т.е. изменение радиуса поперечного сече;
ния канала) в этом многостадийном процессе са;
мая медленная. Последнее предположение
означает, что в течение всего процесса вся внут;
ренняя поверхность канала находится в равных
условиях, и скорость горения одинакова по всей
его длине. Этот факт имеет и экспериментальное
подтверждение. В работах [5, 6] с помощью опти;
ческих методов показано, что при так называе;
мом конвективном горении твердого топлива в
канале с открытым противоположным концом
после воспламенения достаточно быстро уста;
навливается постоянная скорость фронта по всей
его длине.
Предположим, что существует такой режим,
при котором скорость выделения тепла Q в еди;
ницу времени постоянна, т.е. dQ/dt = Q0 = const.
Анализ показывает, что такое возможно, если
площадь S поперечного сечения канала меняется
во времени как S = S0 + аπt. Это, в свою очередь,
приводит к следующей зависимости скорости из;
менения радиуса r канала:
dr/dt = a/r. (1)
Значение константы a будет определено ниже.
Если в брикете n каналов, то количество выго;
ревшего в брикете вещества за время t запишется
как Mt = 2πρanLt. Тогда при теплоте q0 горения
Q = 2πρanq0Lt. Поэтому с учетом высказанного
предположения имеем, что
n = Q0/2πρanq0L. (2)
Исходя из (2) и выражения для Mt, нетрудно
вычислить и время t* выгорания брикета:
. (3)
Здесь и, как видно из (3), , ес;
ли V0 = 2Vk. Комбинируя (2), (3) и последнее ус;
ловие, получим, что
. (4)
Вычислим теперь константу a. Предположим,
что сплошной объем топлива, окружающий каж;
дый канал, имеет форму цилиндра радиуса R, и
при этом R>>r. Пусть также температура образо;
вавшихся газов в канале (это соответствует вы;
сказанному выше предположению о самой мед;
ленной стадии процесса) равна температуре
горящей поверхности. Тогда граничное условие
на этой поверхности должно учитывать как коли;
чество теплоты, выделившееся за счет горения,
так и тепло, необходимое для испарения молеку;
лы, образовавшейся в результате реакции. По;
0 0 02r aQ Q∗=
0t t∗ ∗=2
0 0 2t r a∗ =
( )0 0 1kt t V V∗ ∗= −
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 41
Та б л и ц а 1 .
этому [7] на подвижной горящей поверхности
r = ξ имеем:
.
Полагая [7], что при температурах порядка
1000 К q0/A>>h и A = 1 (для простоты), имеем
. (5)
В таком виде задача о распределении темпера;
туры в сплошной части цилиндра, окружающей
канал, аналогична задаче Стефана [8] о промер;
зании грунта. Исходя из ее решения (в стацио;
нарном приближении [8]), находим, что переме;
щение подвижной границы r = ξ подчиняется
уравнению
.
Так как R/r>>1, то, заменяя функцию x ln x на
–x при x → 0 (средняя ошибка при этом на ин;
тервале [0, e–1] не превышает 30%) и полагая
, , перепишем по;
следнее уравнение как dr/dt = χ/r ·Ko. Сравнивая
его с (1), находим, что
. (6)
Подставляя в (6) значения λ и c для березы
(данные о величине параметра χ для соломы в ли;
тературе отсутствуют) и полагая ρ = 0,8·103 кг/м3,
находим, что a = 7,1·10–9м2/с. В табл. 2 приведе;
ны некоторые результаты вычислений r и n на ос;
нове уравнений (2);(4) и (6) и определенных Q0 для
двух образцов с разными R0 и L и q0 = 17·106 Дж/кг.
Времена горения сплошных брикетов при одина;
ковой массовой Г скорости, равной, например,
0,1 кг/м2с, составят примерно 200 и 2400 с соот;
ветственно. Значение же внутренней реакцион;
ной поверхности пропорционально .
В заключение отметим, что приведенные рас;
четы следует рассматривать, естественно, как
оценочные, но они подтверждают очевидный
физический тезис о влиянии развитости поверх;
ности реакции на скорость горения. Кроме того,
наличие каналов в брикете может снять и огра;
ничения на конструкцию котлов, в которых сжи;
гаются эти брикетов. В частности, возможно, не
потребуется изменения размеров топочного про;
странства для увеличения скорости горения. Во
всяком случае, каналы – это дополнительный
фактор, позволяющий расширить выбор опреде;
ленного режима данного процесса.
ЛИТЕРАТУРA
1. Гелетуха Г.Г., Железная Т.А. Обзор техно;
логий сжигания соломы с выработки тепла и эле;
n
a Ko= χ
χ=ρλ c( ) 1
0 0bc T T q Ko−− =
( ) ( )0 0 lnbd r d t T T q r R r= λ − ρ
tddqT ξρ=ξ∂∂λ 0
( ) ( )0 0T q A h q A h d d tλ∂ ∂ξ = Γ − = ρ − ξ
42 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7
Та б л и ц а 2 .
ктроэнергии // Экотехнология и ресурсосбере;
жение. – 1998. – № 6. – С.3–4.
2. Головина Е.С. Высокотемпературное горе;
ние и газификация углерода. – М.: Энергоато;
миздат, 1983. – 174 с.
3. Воробьев Л.И., Грищенко Т.Г., Декуша Л.В.
Бомбовые калориметры для определения теплоты
сгорания // Инж.; физ. журнал. – 1977. – Т.70,
№5. – С. 828–839.
4. Михалев А.В., Кузьмин С.Н., Исъемин Р.Л.,
Коняхин В.В., Красавцев В.В., Зорин А.Т. Иссле;
дование сосжигания антрацитового штыба и
биогранул в отопительном котле с топкой с
высоко;температурным кипящим слоем //
Пром. теплотехника. – 2006. – Т.28, №1. –
С. 64–68.
5. Беляев А.Ф., Боболев В.К. и др. Переход го;
рения конденсированных систем во взрыв. – М.:
Наука, 1973. – 250 c.
6. Смирнов Н.Н. Конвективное горение в ка;
налах и трещинах в твердом топливе // Физика
горения и взрыва. 1985. – № 5. – С. 29–36.
7. Зверев И.Н., Смирнов Н.Н. Газодинамика
горения. – М.: МГУ, 1987. – 308 с.
8. Лыков А.В. Теория теплопроводности. –
М.: Высшая школа, 1967. – 600 с.
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 43
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61318 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:20:51Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Лох, Е.Л. Абаржи, И.И. 2014-04-30T15:50:48Z 2014-04-30T15:50:48Z 2007 К исследованию процессов горения брикетированного топлива / Е.Л. Лох, И.И. Абаржи // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 39-43. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61318 662. 636 Измерена теплота горения брикетированного топлива на основе соломы (как чистой, так и с примесями угля, парафина и отходов нефтепродуктов). Установлено, что наличие примесей в образце увеличивает ее значение (от 17,2 кДж/кг до 21 кДж/кг). Вимірена теплота згорання брикетованого палива на основі соломи (як чистої, так і з домішками вугілля, парафіну і відходів нафтопродуктів). Встановлено, що присутність домішок в зразку збільшує її значення (від 17,2 кДж/кг до 21 кДж/кг). Measurements of briquette fuel on the straw basis (both clean and with additives of coal, paraffin and waste of oil) combustion heat. It is established that the presence additives in the sample increase its the value (from 17,2 kJ/kg to 21 kJ/kg). On ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника К исследованию процессов горения брикетированного топлива Concerning investigation of briquette fuel combustion processes Article published earlier |
| spellingShingle | К исследованию процессов горения брикетированного топлива Лох, Е.Л. Абаржи, И.И. |
| title | К исследованию процессов горения брикетированного топлива |
| title_alt | Concerning investigation of briquette fuel combustion processes |
| title_full | К исследованию процессов горения брикетированного топлива |
| title_fullStr | К исследованию процессов горения брикетированного топлива |
| title_full_unstemmed | К исследованию процессов горения брикетированного топлива |
| title_short | К исследованию процессов горения брикетированного топлива |
| title_sort | к исследованию процессов горения брикетированного топлива |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61318 |
| work_keys_str_mv | AT lohel kissledovaniûprocessovgoreniâbriketirovannogotopliva AT abaržiii kissledovaniûprocessovgoreniâbriketirovannogotopliva AT lohel concerninginvestigationofbriquettefuelcombustionprocesses AT abaržiii concerninginvestigationofbriquettefuelcombustionprocesses |