1388457478

80

Andrzej Szlęk

czania się frontu spalania w większym stopniu odpowiada przepływ ciepła, a w mniejszym szybkość reakcji chemicznych. Udziały zarówno C0₂, jak i CO w strefie spalania szybko rosną, czemu towarzyszy spadek stężenia 0₂. W obszarze tym zachodzą reakcje spalania C + 0₂    C0₂ oraz półspalania

2C + 0₂    2CO. W fazie gazowej zachodzi reakcja spalania tlenku węgla

oraz części lotnych. Wszystkie wspomniane reakcje są egzotermiczne, dlatego temperatura szybko wzrasta. W miarę spadku udziału tlenu reakcje spalania przebiegają coraz mniej intensywnie, nabierają natomiast znaczenia reakcje zgazowania C0₂ + C -> 2CO oraz H₂0 + C ->• H₂ + CO. W efekcie ich zachodzenia obserwuje się niewielki spadek udziału C0₂, któremu towarzyszy wyraźniejszy wzrost udziału CO, jako że na jeden kmol C0₂ w reakcji zgazowania przypadają 2 kmol CO. Reakcje zgazowania są endotermiczne, co prowadzi do obniżenia temperatury w obszarze ich zachodzenia. Skład gazu za strefą spalania zmienia się powoli, ale nie wykazuje, na analizowanej długości złoża, tendencji do stabilizowania się. Przeprowadzone obliczenia równowagi chemicznej wskazują, że za frontem spalania skład odbiega od stanu równowagowego, a mimo to stężenia substancji zmieniają się bardzo nieznacznie. Przyczyną tego stanu rzeczy jest fakt, że reakcja zgazowania charakteryzuje się dość wysoką energią aktywacji i nie zachodzi zbyt intensywnie, pomimo dość wysokiej temperatury. Różnice między przebiegami krzywych udziałów poszczególnych składników oraz temperatur we wszystkich trzech przedstawionych przypadkach są niewielkie. Można zaobserwować jedynie nieznaczne zwiększanie grubości frontu spalania wraz ze wzrostem prędkości napływu powietrza. Przyczyną tego, że różnice są tak niewielkie, jest to, że wzrost prędkości gazu powoduje wzrost strumienia gazu, który musi przereagować we froncie spalania, ale równocześnie przyczynia się do wzrostu współczynników wymiany masy, co przyspiesza zachodzenie reakcji.

Obliczone przebiegi zmian stężeń oraz temperatury fazy gazowej przedstawione na rys. 9.1-9.3 potwierdzają istnienie frontu spalania, który oddziela obszar świeżego paliwa od obszaru żużla. W obszarze frontu spalania zachodzą procesy odgazowania oraz heterogenicznego spalania substancji palnej paliwa. W rezultacie zachodzenia tych procesów front spalania charakteryzuje się bardzo wysokimi gradientami zarówno temperatury (rzędu stu K/mm), jak i stężeń. Istnienie frontu spalania ma ważne implikacje praktyczne, o czym będzie mowa w dalszej części pracy.

9.3. Prędkość spalania

Wykorzystując stworzony program komputerowy przeprowadzono obliczenia wpływu prędkości napływu powietrza na wartość prędkości propagacji frontu spalania. Jednocześnie wykorzystując równanie (7.3) obliczono stosunek nadmiaru powietrza we froncie spalania. Rezultat przedstawiony jest na rys.9.5. Prędkość spalania rośnie wraz ze wzrostem prędkości napływu powietrza, co można wyjaśnić rosnącym współczynnikiem wymiany masy, który decyduje o prędkości całego procesu. Stosunek nadmiaru powietrza we froncie spalania, zgodnie z zależnością (7.3), wynika z prędkości napływu powietrza oraz prędkości propagacji frontu spalania. Zaobserwować można, że stosunek nadmiaru powietrza jest mniejszy od jedności, jednak rośnie wraz ze wzrostem prędkości napływu powietrza.

Obliczenia przeprowadzono w zakresie technicznie stosowanych prędkości napływu powietrza. Powyżej badanego zakresu następuje wydmuchiwanie ze złoża drobniejszych frakcji paliwa. Z tego względu należy wnioskować, że w praktyce spalania węgla stosunek nadmiaru powietrza we froncie spalania jest mniejszy od jedności, a zatem nie cała substancja palna paliwa ulega spaleniu we froncie. Implikuje to konieczność podziału powietrza na pierwotne i