<<
>>

Моделирование влияния вязкости шлака на структуру суспензии

В процессе газификации угля в шлаковом расплаве могут образовы­ваться шлаки с вязкостью, изменяющейся в очень широком диапазоне: от 0,1 Па-с до 20 Па-с. На опытных плавках вязкость шлаков составля­ла 0,1-0,8 Па-с, поведение угля в шлаках с вязкостью вне границ этого диапазона не исследовано. В настоящем разделе приведены результаты физического моделирования изменения структуры суспензии, проис­ходящего при значительном изменении вязкости жидкости, в более ши­роком интервале, чем это было исследовано на опытных плавках.

В предыдущих сериях экспериментов, вязкость имитирующе­го шлак раствора составляла 0,0018 Па-с и соответствовала вязкости шлака -0.4 Па-с (пересчет с использованием (11.2)). В настоящем раз­деле исследовали структуру суспензии при трех вязкостях модельной жидкости:

1. Низкой вязкости - 0,001 Па-с (вода, плотность 1000 кг/м3), которая соответствует вязкости шлака 0,23 Па-с;

2. Средней вязкости - 0,0018 Па-с (20%-ный водоглицериновый рас­твор, которая соответствовала вязкости шлака -0,4 Па-с («базовая» мо­дельная жидкость);

3. Высокой вязкости - 0,01554 Па-с; (65%-ный раствор глицерина в воде, плотность 1165 кг/м3), которая соответствует вязкости шлака 3 Па-с.

Исследование провели в условиях базового гидродинамическо­го режима: диаметр фурм был равен 4,4 мм, расход дутья на одну фурму - 37,5 л/мин; уровень жидкости над фурмами - 40 мм. Про­бы отбирали из поверхностного слоя ванны и с уровня фурм в цен­тральной части ванны (поз. 1, рис. 11.4). Содержание частиц в ванне (Со6 ) варьировали от 1 до 9% от массы слоя барботируемой жидко­сти. Использовали модельные частицы 3-х фракций: 0,00-0,50; 0,50-

1,25 и 1,25-2,00 мм.

Полученные экспериментальные данные, представили в графиче­ском виде. На рис. 12.15 и 12.16 показаны примеры зависимости со­держания в поверхностном слое и на уровне фурм частиц трех при­менявшихся фракций от вязкости жидкости при общем содержании частиц в ванне Собщ = 1%, 3% и 9% (от массы жидкости). Из этих ри­сунков следует, что при любых насыщениях суспензии при переходе от раствора со средней вязкостью («базового») к маловязкой модельной жидкости (вода) наблюдается заметное возрастание эффективности за­мешивания (независимо от размеров частиц).

При малых значения) (1% и 3%), характерных для опытных плавок в реакторе Ромелт, переход от базовой модельной жидкости к воде приводил к существенному снижению содержания твердых ча­стиц в noBepYHrif'™r'M слое, особенно для частиц средней фракции: в 1,9 раза (прии в 1,8 раза (при

При этом содержания частиц на уровне фурм (рис. 12.16) суще­ственно увеличивались. То есть существует критическое значение вязкости (-0,0015 Па-с, что отвечает вязкости шлака около 0,35 Па-с) ниже которого эффективность замешивания значительно возрастает. Это можно объяснить следующим.

Сила, увлекающая частицу вглубь ванны (сила сопротивления) зависит от вязкости и скорости движения жидкости. Очевидно, чем больше вязкость, тем больше сила сопротивления, действующая на частицу со стороны омывающего потока. Действие этой силы долж­но приводить к более эффективному замешиванию частиц.

С дру­гой стороны, чем выше вязкость жидкости, тем интенсивнее в ней диссипация кинетической энергии в тепловую. Это означает, что при неизменном расходе дутья на продувку, скорость циркуляции жидкости в системе при увеличении вязкости жидкости снижается. В свою очередь, снижение скорости омывающего частицу потока уменьшает силу сопротивления, что приводит к снижению эффек­тивности замешивания частиц в объем ванны. По-видимому, нали­чие критического значения вязкости (-0,0015 Па-с) вызвано сменой преобладающего фактора, определяющего реальное распределение частиц по высоте ванны.

Данные, представленные на рис. 12.17 и 12.18 подтверждают, что при использовании наиболее вязкого раствора (при всех насыщениях суспензии и размерах частиц) эффективность замешивания частиц в объем ванны наименьшая.

Исходя из сказанного, можно рекомендовать вязкость шлака в ре­акторе в диапазоне 0,2-0,4 Па-с; повышение вязкости шлака выше

3.0 Па-с нежелательно.

Из данных, представленных на рис. 12.19а видно, что при работе на самом вязком растворе при Со6щ5% меньше всего этот слой насыщается при использовании частиц средней фракции. Та же закономерность в стро­ении суспензии в поверхностном слое ванны проявляется при работе на менее вязких растворах (рис. 12.196, 12.19в), но критическая вели­чина Со6щ при этом увеличивается. Для 20%-ного водоглицеринового раствора она составляет -6%, а для воды - Собщ>8%.

Рисунок 12.18. Влияние количества частиц в ванне (Co6tJ на их содержание на уров­не фурм при изменении вязкости жидкости для различных фракций:

а) 0,00-0,50 мм; б) 0,50-1,25 мм; в) 1,25-2,00 мм

Рисунок 12.19. Зависимость содержания частиц различных фракций в поверхност­ном слое от их общего количества в ванне при различной вязкости жидкости:

а) р= 0,01554 Па-с (65%-ый водоглицериновый р-р);

б) 0,0018 Па-с (20%-ый водоглицериновый р-р);

в) р= 0,001 Па-с (вода)

Обнаружили, что, независимо от вязкости жидкости, при исполь­зовании частиц самой мелкой фракции при максимальном Со6щ=9% их содержание на уровне фурм было выше, чем при Со6 і=1% (рис. 12.20а). Возрастание насыщенности суспензии приводит к уменьше­нию содержания частиц на уровне фурм только при использовании ча­стиц крупной фракции (рис. 12.20в).

Из рис. 12.20а также следует, что при использовании наиболее вяз­кой жидкости (65%-ного водоглицеринового раствора) при Со6щ>5% эффективность замешивания частиц на уровень фурм возрастает с уменьшением используемой фракции модельных частиц. Та же зако­номерность в строении суспензии на уровне фурм проявляется при работе на менее вязких растворах, но критическая величина Со6щ при этом уменьшается. Для 20%-ного водоглицеринового раствора она со­ставляет Со6щ~3%, а для воды - Собщ~2% (рис. 12.206, 12.20в).

Из рис. 12.19 и 12.20 следует, что при любой вязкости раствора при больших насыщениях суспензии эффективнее замешиваются в объем ванны частицы мелкой и средней фракции.

12.2.

<< | >>
Источник: Баласанов А.В., Лехерзак В.Е., Роменец В.А., Усачев А.Б.. Газификация угля в шлаковом расплаве / под ред Усачева А. Б. - М "Институт Стальпроект", 2008 - 288 с. 2008

Еще по теме Моделирование влияния вязкости шлака на структуру суспензии:

  1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
  2. 1.2. Анализ современных подходов к физическому моделированию струйной продувки металлургических расплавов
  3. 2.2.1. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЧАСТИЦ ВЗВЕСИ.
  4. 3.1. Параметры фигичсской модели
  5. ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ ШЛАКОУГОЛЬНОЙСУСПЕНЗИИ ПРОЦЕССА РОМЕЛТ НА ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
  6. 4.4. Моделирование влияния вязкости шлака на структуру суспензии
  7. СОДЕРЖАНИЕ
  8. Моделирование влияния вязкости шлака на структуру суспензии