Нижний концентрационный предел существования стационарной волны фильтрационного горения углерода

• Автор: Амелин, Иван Иванович
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 106 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ОБОЗНАЧЕНИЯ

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Математические модели фильтрационного горения

твердых топлив

1.2. Критические условия существования стационарной волны фильтрационного горения твердых топлив

1.3. Исследования кинетических закономерностей окисления

и макрокинетических характеристик фильтрационного горения углеродных материалов

2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА И ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДУЕМЫХ ОБРАЗЦОВ

2.1 .Экспериментальная установка

2.2. Методика проведения эксперимента и область
неустойчивого распространения волны фильтрационного горения
2.3. Характеристика исследуемых веществ
2.4. Методики измерения скорости подачи газа и
макрокинетических характеристик волны фильтрационного горения
2.5. Методика определение эффективных
теплофизических характеристик шихты и реактора
3. ФИЛЬТРАЦИОННОЕ ГОРЕНИЕ УГЛЕРОДА ПРИ НИЗКОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ГОРЮЧЕГО
3.1. Экспериментальные значения макрокинетических характеристик стационарной волны фильтрационного
горения березового активированного угля
3.2. Экспериментальное определение критических
условий существования стационарной волны фильтрационного горения березового активированного угля
3.3. Влияние тепловых потерь реактора на значение нижнего предела по концентрации углерода и критические значения макрокинетических характеристик стационарной волны фильтрационного горения
3.4. Влияние реакционной способности углерода к окислению на макрокинетические характеристики стационарной волны и значения нижнего предела
по концентрации углерода в шихте
3.4.1. Фильтрационное горение смесей углеродных материалов из компонентов, различающихся реакционной способностью к окислению
3.5. Математическая модель спутной стационарной волны фильтрационного горения углерода при низком содержании
горючего в шихте
3.6. Макрокинетические характеристики стационарной
волны фильтрационного горения углерода. Расчет и эксперимент
3.7. Влияние тепловых потерь и кинетических характеристик окисления углерода на параметрическую область существования стационарной волны фильтрационного горения.
Расчет и эксперимент
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Под фильтрационным горением (ФГ) понимают распространение волн экзотермического превращения горючего в пористой среде при фильтрации газа-реагента [1]. Характеристики волны ФГ (скорость распространения, температура и ширина зоны горения) зависят от множества параметров (доля горючего в шихте, скорость подачи газа, уровень теплопотерь и т.д.), что вызывает большое многообразие режимов распространения волн ФГ [1, 2]. Исследование процессов распространения и затухания волн ФГ представляет собой важную фундаментальную задачу (как часть общей теории волн и критических явлений), а также имеет очевидное практическое значение.
Главной особенностью ФГ при спутном распространении волны горения является наличие “сверхадиабатических” разогревов, когда температура в зоне горения значительно превосходит адиабатическую за счет концентрации тепла в относительно узкой зоне. Благодаря данной особенности появляется возможность существенно повысить максимальную температуру в волне ФГ, экономическую эффективность таких многотоннажных технологических процессов как обжиг и агломерация руд, выжигание коксовых отложений на катализаторах, утилизация промышленных и бытовых отходов, прямое восстановление металлов из бедных руд, внутрипластовое извлечение нефти. Для оптимального проведения вышеперечисленных процессов необходимо знать закономерности распространения и затухания волн ФГ твердых топлив.
К настоящему времени выполнено значительное количество теоретических работ, посвященных исследованию закономерностей фильтрационного горения твердых топлив - изучены скорости, состав продуктов, температуры и т.д. [ 1 -4]. В эксперименте подробно изучено фильтрационное горение дисперсных систем с высоким содержанием горючего, для систем с концентрацией горючего менее 5% мае. - эксперименты не носили систематический характер [1]. Необходимо отметить, что именно при низком содержании углерода в шихте возможно проявление критических, не изученных ранее явлений, в которых сверхадиабатические разогревы играют определяющую роль.

бурого угля в условиях вынужденной фильтрации окислителя. Влияние пористости шихты на температуру и режим воспламенения волны ФГ углеродных материалов теоретически исследовано в [61].

0 0 2 0.4 0.Є 0.3 1.

Рис. 1.16. Зависимость максимальной температуры в волне ФГ БАУ-А от массовой доли углерода в шихте ус и мольного отношения пар/кислород в воздухе. Г/, = 0.19 м/с. Точки - эксперимент, линии - расчет: сплошная — температура конденсированной фазы, штриховая - температура газовой фазы
[56].
Поскольку углеродные материалы отличаются большим разнообразием структур [62], значения кинетических параметров окисления углерода, приводимые в литературе [5 - 10] сильно различаются, что затрудняет количественное сравнение теоретических расчетов и эксперимента. С другой стороны, кинетические закономерности окисления оказывают влияние на макрокинетические характеристики процесса: например, в [46] отмечено, что при слоевом горении древесных и каменных углей объемная доля СО, СО і в продуктах горения существенно отличалась. Таким образом, использование углеродных материалов позволяет изучить влияние кинетических закономерностей окисления твердого горючего на макрокинетические характеристики процесса ФГ в эксперименте.