Надслоевом пространстве

ция оказывается устойчивой. Она оказывает решающее влияние и на гидродинамику надслоевого пространства.

Расходы частиц как в подъемном, так и в опускном потоках уменьшаются по высоте аппарата, соответственно уменьшается и их концентрация. С этой точки зрения структура циркуляционного (т.е. развитого турбулентного и форсированного) слоя аналогична структуре надслоевого пространства в пузырьковом режиме с примерно экспоненциальным уменьшением плотности по мере удаления от решетки.

ния w и уменьшалась по высоте надслоевого пространства до стационарного значения, составляющего около 0,2w. При этом средняя по

Здесь Et - плотность потока поднимающихся частиц, т.е. масса частиц, пролетающих вверх через единицу площади данного сечения в единицу времени. Под входящими в (2.13) величинами можно понимать как локальные, так и усредненные по сечению значения. Точно такое же соотношение справедливо и для концентрации (т.е. объема частиц в единице объема надслоевого пространства) частиц, проходящих через данное сечение сверху вниз (падающих обратно в слой).

Будем считать крупными частицы, скорость витания которых превышает скорость псевдоожижения; остальные отнесем к разряду мелких. В [39] введено понятие предельной высоты отстойной зоны - расстояния от поверхности слоя, выше которого крупные частицы не долетают, а потеряв кинетическую энергию, падают обратно в слой. Их концентрация по высоте надслоевого пространства уменьшается приблизительно по экспоненте:

Представленные на рис. 3.19 коэффициенты теплоотдачи получены НПО ЦКТИ под руководством В.В. Мацнева путем калори-метрирования слоя и надслоевого пространства охлаждаемым корпусом термопары при одновременном измерении температуры газов в топке промышленного котла ДКВР-6,5-14 с кипящим слоем. Высота слоя в ожиженном состоянии составляла около 300 мм,

Как видно из рис. 3.19, высота зоны всплесков, где коэффициент теплоотдачи резко меняется, по порядку равна высоте слоя в неожи-женном состоянии. В [65] показано, что локальный (по периметру трубы) коэффициент теплоотдачи линейно возрастает с увеличением количества частиц л, контактирующих в единицу времени с поверхностью нагрева в данном месте (до п =* 3.108м"2-с"1 в слое частиц 0,2-0,5 мм), после чего наступает "насыщение". Максимум интенсивности теплоотдачи находится в кормовой и лобовой зонах поверхности. В соответствии с уменьшением концентрации частиц средний по периметру коэффициент теплоотдачи « к одиноч-, ной трубе также экспоненциально меняется по высоте надслоевого пространства:

При сжигании низкореакционных углей (с малым выходом летучих) температура газов в надслоевом пространстве практически равнялась k с, несмотря на большой процент мелких частиц, т.е. заметного догорания там не было. В то же время сжигание топлив с большим выходом летучих требует подачи вторичного дутья над слоем и характеризуется заметным превышением температуры надслоевого пространства над ^ с из-за интенсивного догорания мелких частиц и летучих. При сжигании биомассы эта разность температур может доходить до 200-300'С и увеличивается с увеличением содержания в топливе мелких фракций, особенно при подаче его на поверхность слоя.

Два модуля с топкой кипящего слоя полностью идентичны. Поперечное сечение каждой воздухораспределительной решетки 2x2,5 м. Высота надслоевого пространства 4 м. В каждом слое рас-

Котел (рис. 5.14) однобарабанный с естественной циркуляцией [100] сконструирован так, что опускные трубы, соединяющие верхний барабан с нижним коллектором испарительного пучка, одновременно являются его опорной конструкцией. Стены котла, включая разделительные стенки, образующие газоходы, состоят из газоплотных мембранных панелей. Площадь воздухораспределительной решетки Юм2, высота слоя в сжиженном состоянии 1,2 м, высота надслоевого пространства 3 м, скорость ожижения 2,5 м/с.

В котлах со стационарным кипящим слоем высота топки определяется протяженностью надслоевого пространства. Догорание кокса в экранированном испарительными трубами надслоевом объеме незначительно.

Крупные откоксовавшиеся частицы сгорают в слое, а большая часть летучих догорает в надслоевом пространстве. Выносимые из слоя мелкие частицы высокореакционных (например, бурых) углей тоже сгорают над слоем, а вот частицы трудносжигаемых топлив, особенно антрацитов, сгореть не успевают, в результате недожог с уносом может доходить до 20% и более. Чтобы уменьшить

При w >w B материал из слоя постепенно выносится и длительная работа в непрерывном режиме возможна лишь при компенсации уноса. Обычно это делается путем его улавливания и возврата в слой, т.е. путем применения циркуляционного режима псевдоожижения. При этом рециркуляция может быть как внешней, так и внутренней. Для создания внешней рециркуляции обычно применяют циклоны, установленные вне аппарата или в надслоевом пространстве. Уловленные ими частицы возвращаются в нижнюю часть слоя, поэтому концентрация их внизу (у решетки) выше, чем вверху.

Высота выброса частиц определяется не только начальной скоростью, но и взаимодействием их с потоком в надслоевом пространстве. Газ, выходящий из лунки, продолжает двигаться в надслоевом пространстве с приобретенной им большой скоростью, замедляясь из-за трения его с окружающим более медленным потоком. Для такой порции газа в [35] используется очень удачное название -ghost bubble**, которое можно приблизительно перевести как "невидимый пузырь". При этом не исключено образование вихревых колец, которые летят на порядок дальше, чем такой же шарик воздуха в оболочке, из-за фактического отсутствия трения на их границе [36].

Такие пузыри создают в надслоевом пространстве существенные пульсации скорости газа. В [37] среднеквадратичная скорость пульсаций и' сразу над слоем имела порядок скорости псевдоожиже-

Все это наглядно подтверждает следующий характер движения газа в надслоевом пространстве. Невидимые пузыри, выходящие из слоя главным образом в его центральной части, в процессе подъема в надслоевом пространстве постепенно увеличиваются в размерах за счет вовлечения в вихревое движение окружающего газа и таким образом размываются.

Пузыри поднимают вверх и частицы, выброшенные ими же в надслоевое пространство. Многочисленные измерения [37, 38] показывают, что в центральной части аппарата средняя скорость частиц направлена вверх, а в тонких пристенных областях - вниз. Средняя скорость подъемного движения частиц уменьшается по мере удаления от поверхности слоя (рис. 2.4), причем над поверхностью она превышает скорость псевдоожижения (среднюю по сечению), г Для расчета процесса горения в надслоевом пространстве топок с кипящим слоем важно знать распределение концентраций частиц по его высоте. Объемная концентрация поднимающихся в данном сечении частиц (1 - et) связана со скоростью их подъема w4t очевидным соотношением:

Предельная высота отстойной зоны соответствует значению объемной концентрации частиц (1 - е), составляющей 1-5% от (1 -- епов). Эта высота возрастает с увеличением скорости псевдоожижения и высоты слоя, поскольку при этом растут размеры пузырей, определяющие скорость выброса частиц и неравномерность скоростного поля в надслоевом пространстве. Равномерность ухудшается и при увеличении поперечных размеров 'аппарата, что тоже снижает р. Эмпирическая номограмма для частиц катализатора крекинга (рис. 2.5) подтверждает сказанное.

В последнее время исследователи все большее внимание обращают на роль стен аппарата в формировании уноса мелких частиц, определяющего, в частности, гидродинамику турбулентного и форсированного режимов псевдоожижения. Под действием турбулентных пульсаций в надслоевом пространстве, связанных с движением невидимых пузырей, мелкие частицы, выброшенные из нижней части слоя, переносятся из ядра потока к стенкам, а вдоль них падают обратно в слой. Как показывают наблюдения, они, в свою очередь, спорадически захватываются пульсациями потока из пристенной

3.7. УЧЕТ ПОЛИДИСПЕРСНОСТИ. ТЕПЛООБМЕН В НАДСЛОЕВОМ ПРОСТРАНСТВЕ

Расслоение частиц по размерам в надслоевом пространстве (рис. 2.6) становится существенным достаточно далеко от поверхности слоя, где концентрация частиц и коэффициент теплоотдачи к трубам конвекцией газа и частиц невелики. Что касается зоны всплесков, то там, видимо, тоже можно пользоваться эквивалентным диаметром частиц, хотя прямых подтверждений этого в литературе нет.

В [66] конвективный коэффициент теплоотдачи от горизонтальных труб, расположенных в пучке в надслоевом пространстве, рекомендуется рассчитывать по формуле