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 (при
и 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.