Произведем оценку степени выхода летучих и сгорания вынесенных частиц в зоне 3. Выход летучих из частиц угля зависит от теплоотдачи к частицам. Кривые на рис. 5 показывают потерю массы различных частиц угля во времени в период их разложения при Осл=870 °С и при разных интенсивностях нагрева; предполагается, что частицы подогреваются от температуры окружающей среды до 870 °С. Из рис. 5 видно, что основная масса каждой маленькой частицы нагревается до температуры, близкой к равновесной, и разлагается практически при изотермическом процессе. Таким образом, для очень малых частиц изотермическое разложение начинается немедленно. Кривые (рис. 5) позволяют оценить время, необходимое для выхода летучих из малых частиц. Они также показывают, что большая часть вынесенных частиц теряет в зоне 3 20...30 % массы за счет выхода летучих.
Для оценки времени сгорания летучих предполагается, что они остаются в виде паров и сгорают с образованием С02 и Н20. В расчетах принято, что в зоне 3 избыток воздуха составляет 1...2 %.
Оценка времени сгорания летучих, по данным различных авторов, показала, что оно составляет 3... 10мс. Следовательно, имеется достаточно времени для выгорания летучих из вынесенных частиц в зоне. Общая потеря массы в результате сгорания оценивается в 1...2 % от общей массы подаваемого угля. Время сгорания мелких частиц углерода и кокса измерено экспериментально и рассчитано теоретически многими авторами.
Время, необходимое для выгорания примерно 95 % массы частиц, рассчитано для различных частиц кокса при температуре газов 870 °С. Температура частиц предполагалась на 56 °С выше, чем газов, избыток воздуха в зоне 3 принимался равным 1...2 %.
На верхнем поле рис. 4 показано расчетное время выгорания различных частей (95 % массы) в зависимости от их размера. Сравнение с расчетным временем пребывания частиц в зоне показывает, что основная масса частиц кокса не выгорает и приходится возвращать их снова в слой. Грубая оценка показывает, что большая часть их будет сгорать в КС.
Условия горения в зоне 2. Такой же анализ, как для зоны 3, был проведен и для зоны 2 (см. рис. 1).
Для оценки горения и выхода летучих в зоне 2 рассчитано время пребывания частиц, падающих через зону на поверхность КС. На рис. 6 показано время пребывания в зависимости от размера падающих частиц. Это время подсчитано по опускной скорости каждой^ частицы (т. е. по разнице между конечной скоростью газов и скоростью ожижения) и высоте зоны, принятой равной 0,84 м, как в обычных топках с забрасывателями.
Сравнивая рис. 3 и 5 с кривой времени пребывания на рис. 6, можно предположить, что 15...20 % частиц, угля теряет 20...30 % массы, не достигнув еще поверхности КС. Это соответствует количеству выделившихся летучих, которое должно сгореть в зоне 2, так как ожидаемое время выгорания летучих того же порядка, что и установленное ранее.
Таким образом, можно предвидеть, что 4.-.5 % угля будет сгорать в зоне 2.
Следует заметить, что факт сгорания части летучих в этой зоне не имеет большого значения. В действующем КС на высоте 0,6...,0,9м выше поверхности ожиженного слоя наблюдается зона разрушения пузырей, вырывающихся из слоя. Предполагается, что эта зона «загрязняется» частью известняка слоя и воздухом, т. е. во всех случаях имеет место незначительное надслойное горение. Как видно из рассмотрения выделенного поля на рис. 6, частицы кокса яе сгорают в зоне.
Выбросы окислов серы из зон 2 и 3. Анализ условий работы показал, что ожидаемые потери массы частиц в результате надслойного горения составляют около 1...2 % в зоне 3 и 4..,5 % в зоне 2 при горении только летучих. Точная оценка влияния этого фактора на выбросы 502 затруднена по следующим причинам: различные угли содержат разное количество органической и неорганической серы; причем степень ее выхода зависит также от различных условий сжигания; процент общего выхода серы (в основном органической)меняется также в зависимости от условий выхода летучих и условий связи серы в угле; некоторое поглощение серы частицами известняка в зоне 2 возможно, но не установлено, насколько эффективно оно будет в этой области.
Несмотря на неопределенность перечисленных факторов, можно прийти к выводу, что при ожидаемом общем надслойном горении, составляющем 6...7 %, увеличение выбросов окислов серы не вызовет серьезных проблем. Выполненные расчеты для угля с содержанием серы 3,2 % и высшей теплотой сгорания 27 400 кДж/кг показали, что если 10 % этого угля сгорает в надслойком пространстве, то при удержании 90 % серы в слое известняка будут выдержаны требования ЕРА (Агентство по охране окружающей среды) по выбросам.
Подобные расчеты для других высокосернистых углей также показывают, что выбросы 502 при надслойном горении 6...7 % топлива возрастают несущественно.
Влияние поверхностной влаги угля. При анализе условий не рассматривалось влияние поверхностной влаги угля. Если поверхностная влажность угля высокая и если добавлено небольшое количество внешней влаги для регулирования влажности пыли, то трудности, обусловленные надслойным горением, значительно уменьшаются по следующим причинам: как показали эксперименты, при добавлении незначительного количества (1...2 %) внешней влаги большая часть мелких частиц, которые по расчету должны быть унесены, слипается, превращается в более крупные агломераты-комки, которые могут упасть вниз в слой; так как выход летучих зависит от интенсивности нагрева (а при большой поверхностной влажности тепло тратится на испарение воды), то выход летучих уменьшается в результате уменьшения самой частицы. Выводы
1. Хорошее сжигание может быть достигнуто путем подачи в обычную топку с КС вместе с известняком угля, имеющего типичный для топок с забрасывателями фракционный состав.
2. Условия надслойного горения и выноса частиц в различных зонах таковы: выгорание в зоне 3 над слоем 1...2 %, а в зоне 2 4...5 % от общей массы подаваемого угля, т. е. в общем в двух зонах 6...7 %. В основном это горение летучих; выгорание кокса пренебрежимо мало.
3. В зоне 2 ожидается выброе из слоя относительно большего количества частиц известняка, которые поглотят часть серы. При горении летучих только часть всей серы может освободиться над слоем, а остальная часть останется в коксе. Учитывая изложенные обстоятельства, а также тот факт, что над слоем выгорает не более 6...7 % угля, можно считать несущественными вопросы, связанные с образованием 502.
4. Наличие поверхностной влаги играет важную роль в решении проблем, связанных с горением.
