- Điều kiện biên loại 2: cho tr−ớc dòng nhiệt đi qua mặt vật thể.
a) Thành phần nhiên liệu rắn và lỏng
4.2. Sự cháy của nhiên liệu 1 Sự cháy của nhiên liệu rắn
4.2.1. Sự cháy của nhiên liệu rắn
Quá trình cháy của nhiên liệu rắn (chủ yếu là than) là quá trình cháy dị thể giữa một chất là thể rắn (nhiên liệu) và một chất là thể khí (oxy của không khí). Tuy nhiên, trong quá trình cháy cũng xẩy ra một phần quá trình cháy đồng thể đó là quá trình cháy chất bốc.
Quá trình cháy của nhiên liệu rắn có thể chia ra các giai đoạn sau:
+ Nung nóng và bốc hơi n−ớc.
+ Phân hóa nhiệt nhiên liệu, thoát chất bốc và tạo thành cốc.
+ Cháy chất bốc.
+ Cháy các bon.
Khi cháy, sự cháy chất bốc xẩy ra tr−ớc, tuy thời thời gian cháy chất bốc ngắn, nh−ng nó có ý nghĩa quan trọng làm tăng nhiệt độ của nhiên liệu, thúc đẩy quá trình cháy tiếp theo. Sự cháy của các bon là quá trình cháy chủ yếu của nhiên liệu rắn.
Quá trình cháy cac bon đ−ợc đặc tr−ng bởi các phản ứng sau:
- Cháy cac bon:
C + O2 = CO2 + 399 254 kj/kmol 2C + O2 = 2CO + 246 623 kj/kmol.
- Phân hủy khí CO2 và hơi n−ớc:
C + CO2 = 2CO - 162 530 kj/kmol
C + 2H2O = CO2 + 2H2 - 65 294 kj/kmol
- Cháy tiếp khí CO:
2CO + O2 = 2CO2 + 571 684 kj/kmol
Trong quá trình cháy, các phản ứng cháy cac bon xẩy ra tr−ớc, các phản ứng phân hủy khí CO2, hơi n−ớc và cháy CO là các phản ứng tiếp theo (phản ứng thứ cấp). Quá trình cháy của các bon là quá trình cháy dị thể, do đó tốc độ khhuếch tán oxy tới bề mặt các
bon ảnh h−ởng lớn tới quá trình cháy. L−ợng khí khuếch tán đến bề mặt vật rắn xác định bởi công thức: (C C ). .F D V 0 − n τ δ = [g] (4.14) Trong đó: V - l−ợng khí khuếch tán [gam]. D - hệ số khuếch tán phân tử [cm2/s].
δ - chiều dày lớp chảy tầng bao quanh vật rắn [cm].
C0, Cn - nồng độ chất khuếch tán trong dòng khí và ở gần mặt vật rắn [g/cm3]. F - bề mặt vật rắn [cm2].
τ - thời gian [s].
Tốc độ khuếch tán của oxy đến mặt than phụ thuộc vào tiêu chuẩn Re và tốc độ dòng khí (ω): 2 , 0 e kt R . 031 , 0 ω = β [cm/s] (4.15)
L−ợng oxy khuếch tán đến bề mặt than, một phần cháy còn một phần đ−ợc bề mặt vật rắn hấp thụ. Sự hấp thụ oxy của mặt than chủ yếu phụ thuộc vào bề mặt than và áp suất khí, khi áp suất khí tăng l−ợng oxy đ−ợc hấp thụ tăng.
Nghiên cứu tốc độ cháy các bon trong lớp nhiên liệu rắn gồm những hạt hình cầu, ng−ời ta thấy tốc độ biến đổi bề mặt than phụ thuộc áp suất khí và tốc độ dòng khí nh−
sau: (4.16) ( )p B A K= ω 0,4 + Trong đó:
K - tốc độ biến đổi bề mặt cầu [cm2/s].
ω, p - tốc độ và áp suất dòng khí, [m/s] và [at]. A, B: các hệ số thực nghiệm.
Từ ph−ơng trình (4.16), ta nhận thấy khi tăng tốc độ hay áp suất dòng khí dẫn đến tốc độ cháy các bon tăng.