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.

3. Градация углей по сыпучести

а. Связность и сыпучесть угля

Уголь поступает в бункера в виде россыпи. В бункере часть его находится в движении, сохраняя структуру насыпного материала, а другая часть неподвижна и представляет сплошную массу, которое в определенных условиях может вернуться в состояние насыпного материала. С первых же этапов наблюдений стало ясно, что поведение топлива в бункерах определяется его сыпучестью, показатель которой следует установить.

Уголь как сыпучий материал относится к связным материалам, у которых начальное сопротивление сдвигу τ₀> 0¸ а общее сопротивление сдвигу определяется как τ = (σ׃) + с [Л2]; где с — связность материала, т. е. с = τ₀, σ — нормальное давление, ƒ — коэффициент внутреннего трения, φ — угол внутреннего трения, f = tgφ.

Рис 1—1б. Зависимость усилия сдвига от нагрузки.

Условием сдвига угля на наклонной плоскости под действием собственного веса без приложения внешних сил является преодоление начального сопротивления сдвигу. Поэтому в качестве показателя сыпучести выбрана величина начального сопротивления сдвигу (τ₀), а с тем, чтобы она соответствовала реальным условиям, замеры проводились непосредственно в бункерах.

Величина τ₀ будет иметь различные значения для различных углей или того же угля разной влажности, а также у того же угля на разной глубине в бункере (τ₀,τ₀₁, τ₀₂…рис. 1—1а).

б. Определение начального сопротивления сдвигу (τ₀) в реальных условиях (в бункерах)

Определения τ₀ производились на обрушениях типа сегмент-арка (см. часть 2, рис. 2—1а) в зоне минимального уплотнения на глубине до 2,5—3,0 м.

Замерялось: вес объёма самообрушения (Р), площадь его контактной поверхности (Sкп) и угол обрушения α. Начальное сопротивление сдвигу рассчитывалось по схеме (см. рис. 1—2).

Рис. 1—2. Схема к расчету τ₀ по замерам в бункерах.

Обозначения:

«а» — прибор для замера τ0.

«b» — аналогичная схема в бункерах.

«с» — фрагмент из рис. 1—13.

D, d — h диаметры и высота конуса обрушения.

L — длина образующей конуса.

t — время сработки.

h_мах — максимальная устойчивая высота сыпучего материала при подъёме затвора (обозначено 1).

α — угол сдвига.

Р — вертикальное давление.

В лабораторных условиях τ₀ определяется [Л2] при h=h_мах на приборе (см. рис. 1—2а).

На рис. 1—2б показано сечение конуса зависания. Высота h треугольника со сторонами (D-d) /2 и h (часть «b» рис 1—2) является высотой максимально устойчивой стенки конуса зависания к моменту его обрушения.

В общем случае:

τ₀= σ/S. σ=h×γ×sin (90 — α) ×f. Где: h — высота слоя; γ, α, f — см. обозначения, раздел 1—3.

В данном примере расчёт упрощён.

Вес Р=t×q, где t — время сработки обрушенного объёма, взято из графика (см. часть2, рис. 2—2).

q — производительность питателя (известна).

S = πL (D + d) /2 — контактная поверхность обратного конуса.

Диаметры D и d (см. деталь «а» рис. 1—2) рассчитывались на основании поэтапных замеров скорости потока.

Угол α = 50º.

Таблица 1—1. Топливо и его начальное сопротивление сдвигу (τ₀).

в. Градация

На основании полученных данных предлагается следующая градация углей по сыпучести:

Таблица 1—2. Группа сыпучести и τ₀.

г. Коэффициент сыпучести

Насыпной вес и начальное сопротивление сдвигу определяют коэффициент сыпучести Кс. Сыпучесть Экибастузского угля (Кс =1).

Кс = z × γ/τ₀; где z = 0,066м.

Для угля Кс = 59.4/τ₀ (2а).

Для торфа Кс = 19.8/τ₀ (2б).

Рис 1—3. Зависимость Кс от начального сопротивления сдвигу τ₀.

Обозначения:

1. Уголь. γ = 900 кг/м³.

2. Торф. γ = 300 кг/м³.

Примечание:

Величина τ₀ возрастает с повышением влажности топлива, наличия мелких частиц и глубины залегания слоя (степени сжатия).

Кс — величина безразмерная.