Движение и зависание топлива в бункерах

Михаил Блехман

Большая часть углей, используемая в энергетике, имеет повышенную влажность, высокий процент мелких частиц и примеси породы, включая глину. Такие угли создают серьёзные трудности при их хранении в бункерах. В данной книге впервые движение и зависание углей изучалось на реальных бункерах, а не на моделях. Автор надеется, что вышеизложенный материал поможет в понимании процессов, происходящих в бункерах, и принесёт практическую помощь в конкретных производственных условиях.

4. Наблюдение сработки углей по группам сыпучести

Начиная наблюдения, автор не исходил из заранее принятых аксиом или теоретических предпосылок. Всё, что изложено далее, — это практические наблюдения и выводы на их основе. В случае соответствия процессов использовались положения механики грунтов (осадка грунтов, углы скольжения, концентрация напряжений и др.) и понятия, взятые из гидравлики (поток, скорость потока, диаметр потока).

Общие положения

Обследовались стандартные бункера различных лет постройки. Емкостью от 200 до 500 тонн и высотой 15—17 м и выше из металла, бетона или бетон—металл. Форма бункеров: верхняя часть призматическая, переходящая в обратную пирамиду. Углы наклона стен от 55º до 75º.

Топливо — угли (каменные, бурые), сланцы и фрез торф.

Наблюдения сработки выполнялись с бункерной галереи и включали замеры: поэтапные замеры уровней, скорости потока и расчёт диаметров (см. Методика). Они начинались с момента сдвига (оседания) поверхности или начала образования воронки (см. сетка точек замера, рис. 1—1а).

Во время загрузки нет возможности замерить скорость движения в потоке.

Картина развития потока на этом этапе восстанавливается на основе возможных вариантов аналогичных наблюдений.

Изложенные ниже наблюдения основываются на замерах, выполненных на реальных бункерах, объединённых в таблицы №1—3 и №1—4 (Приложение 1).

4—1. Наблюдение №1. Сработка углей группы УС

Сработка бурого угля шахтной добычи Интинского месторождения (рис. 1—4а).

Wр =10%. Aр = 26%. Углы наклона стен β =70º-70º/74º-74º.

При влажности до 10—13% этот уголь по вышеприведенной классификации относится к группам сыпучести УС2 или СС1 (массовый поток), но с повышением влажности до 13%-16% возрастает его начальное сопротивление сдвигу и он переходит в группу СС1—2 (ограниченный поток).

Рис. 1—4а. Сработка угля группы УС без образования воронки.

Обозначения:

А — Движение массы угля в центральной части на первом этапе.

В — Сдвиг массы угля с периферийной зоны на втором этапе.

С — Граница сдвига слоёв.

h — разница высот.

D₁, D₂ — диаметры потока.

На рисунке показана начальная стадия сработки Интинского угля при влажности 10—11%.

1-й этап сработки:

Поверхность в пределах окружности D₁ начинает оседать, а на границе (точка С) образуется трещина.

2-й этап сработки:

Через короткий промежуток времени оседает вторая часть (окружность D₂), а первая часть в этот момент как бы останавливается. Создается впечатление, что поверхность «дышит».

3-й этап сработки:

Продолжается равномерное снижение по всему уровню и уголь срабатывается полностью.

Сработка Экибастузского угля

(Электростанция, сообщившая об отсутствии проблем с переходом на сжигание Экибастузского каменного угля вместо Челябинского бурого).

Уголь каменный Экибастузского месторождения марки УС. Wр=5—7%, Aр=42%, β=67—65º/67—65º. Отличается стабильностью влажности по временам года.

1-й этап сработки:

Скорость снижения вершины конуса засыпки Vп₁ выше скорости снижения уровня остальной поверхности. Образующаяся поверхность топлива имеет форму конической воронки. Глубина конуса h₂ = 0,4—0,5 м.

Рис. 1—4б. Сработка угля группы УС с образованием частичной воронки.

Обозначения к рис. 1—4б:

H — высота бункера¸ h₁ — расстояние до точки изменения скорости потока¸ h₂ — глубина воронки, Dп₁, Dп₂ — диаметр потока¸ α₁ и α₂ — углы скольжения, Vп₁ и Vп₂ — скорости потока, F₁ — контур первоначального потока, E₂ — контур вторичного потока, h* — расстояние до точки касания потока со стенкой.

В данном случае воронка отличается от набл. №2-3-4 тем, что дальнейшее развитие воронки прекращается, а края воронки начинаются от стен бункера. На основании замеров скорости потока определены его параметры: скорость V₁=0,0027 м/сек¸ диаметр D₁= 2,52 м и контур F₁.

Примечание: Значения скоростей и диаметров потоков наблюдений №1-2-3-4 — см. табл. 1—3 (Приложение №1)

.

Расчет диаметра потока — см. часть 2, раздел 3—4, формула (6).

2-й этап сработки:

На глубине h₁ скорость движения потока Vп₁ снижается до Vп₂ (см. часть 2, рис. 2—3а), а расчётный диаметр потока увеличивается до Dп₂ за счёт сдвига объёма, шириной D₂ — D₁ и высотой H₂, и расширением потока до контура F₂.

Новые параметры основного потока: скорость V₂=0,0014 м/сек, диаметр D₂=3,58 м., контуры вторичного потока F₂ (поток массовый), а форма зоны сработки эллипс (эллипсоид). Угол скольжения α изменяется от 22º до 38º. Продолжается снижение уровня топлива по всей поверхности и сохраняется её коническая форма. В точке касания потока с поверхностью бункера на высоте h*=1—1,5 м наблюдается ускоренный износ стальной стенки. Бункер очищается от угля практически полностью Ки = 1.0.

В наблюдениях 4—1а и 4—1б процесс образования массового потока идентичен и состоит из этапов: 1) образование первичного потока, 2) образование смежного потока, 3) объединение потоков в единый массовый поток.

4—2. Наблюдение №2. Сработка углей группы сыпучести СС

Уголь каменный Кузнецкий марки Г, Д. Группа сыпучести СС 1—2.

Wр = 6.5—10.5%. Aр = 12.2—20%. β = 55—55º/59—59º.

Этапы сработки:

Образовывалась воронка небольшого диаметра (Dп₁ <1м), по мере углубления которой диаметр увеличивался за счёт обрушения топлива со стен воронки в центральный канал (колодец).

Уровень в центральном канале снижается до H₁ и воронка расширяется до диаметра D₂.

Рис. 1—5. Процесс образования смежного потока.

Обозначения к рис. 1—5:

Расстояния: Н₁ — до нижнего края воронки, Н₂ — до нижней точки объёма обрушения, Н₃ — до верхней плоскости разрыва, Н₄ — до уровня угля в колодце в момент обрушения. СМ₁ — смежный поток. Н₃-Н₃ — верхняя плоскость разрыва, h — расстояние до нижней плоскости разрыва. 1 — объём обрушения, 2 — частицы угля в смежном потоке. S₁ — сегмент первого обрушения. S₂ — сегмент второго обрушения. α — угол скольжения. D₁ и D₂ — диаметры потока.

Стрелки: L₁-L₁ — это направление осыпания топлива в верхнем сечении разрыва. L₂-L₂ — это направление сдвига в нижнем сечении.

Рассмотрим процесс расширения канала от D₁ до D₂ (рис. 1—5, «Узел А»).

Обрушения прекратились. Идёт сработка топлива в воронке с равномерным снижением уровня основного потока. Поверхность потока плоская, а поверхность стен канала заглажена.

Воронка углубляется до глубины Н₂. Происходит разрыв стены канала на глубине Н₃, выше уровня топлива в канале — в данный момент Н₄.

Частицы, находящиеся в полости за стенкой выше линии разрыва, осыпаются в канал (L₁. рис 1—5, вид А), а частицы, находящиеся в полости ниже линии разрыва L₂, оседают (между стенками D₂ и D₃), сливаясь с основным потоком ниже разделительной стенки.

2. Происходит обрушение сегмента S₁ под углом сдвига α и разрушается смежный сегмент S₂—S₂. Исчезает разделительная стенка. Поверхность основного потока выравнивается на уровне Н₃, общая скорость снижается, а диаметр увеличивается до D₂.

Произошло объединение основного потока со смежным потоком СМ₁, а на границе D₂ образовалась новая устойчивая стенка (D₃).

Все эти этапы происходят в считанные секунды. Процесс расширения потока повторяется. В отличие от наблюдений 4—1а и 4—1б, смежный поток имеет ограниченную ширину (D₂—D₁) /2 = 300—400 mm.

Использование объёма бункера Ки=0,5—0,7 для угля без шлама и Ки=0,4—0,5 для угля с примесью шлама.

Примечание:

Послойное образование смежных потоков было подтверждено при исследовании потоков (Наблюдение №5).

Данное наблюдение показало:

— возможность существования временного смежного потока.

— возможность существования временной стенки между основным и смежным потоками.

— наличие внутреннего сдвига (h, L₂-L₂).

— возможность обрушения как результат сдвига части основания зависшего объёма.

Сработка угля марки Т Донецкого месторождения

Группа сыпучести СС 2—3. Wр= 7%. Aр=20%. β — 55—55º/ 59—59º

1-й этап (рис 1—6б). Поток имеет постоянную скорость V₁, диаметр d₁, форма потока (контур F₁) — цилиндр, и протяженность Н₁ на всю высоту бункера.

Рис. 1—6 (а, b). Этапы сработки углей группы СС 2—3.

Обозначения к рис. 1—6а:

1 — контур зависания, 2 — первичная воронка, 3 — вторичная воронка. Пунктирная линия — временные границы потока. Сплошные линии — окончательные границы потока к моменту загрузки угля.

Обозначения к рис. 1—6 (b,c,d):

1 — поток, 2 — неподвижная часть угля. H₁, H₂, H₃ — протяженность потока в момент его образования. h₁, h₂, h₃ — расстояние до верхней точки потока. V₁, V₂,V₃ — скорость потока на отрезке (см. текст). d₁, D₂, D₃ — диаметры потока. F₁, F₂

Конец ознакомительного фрагмента.