Движение газа в слое кусковых материалов.

ДП представляет собой противоточный реактор, в котором движение газового потока обеспечивается его избыточным давлением на входе снизу, а движение материалов – силой тяжести. Газовый поток пронизывает слой кусковых материалов, находящихся в различных состояниях. При небольших скоростях газа в слое между кусками устанавливается ламинарное движение. С повышением скорости газа происходит постепенный переход движения в турбулентную область, причем частицы слоя остаются в спокойном состоянии. На основе многочисленных экспериментальных работ получена математическая формула, устанавливающая универсальную взаимосвязь сопротивления газовому потоку и свойств газа и шихты для ламинарного и турбулентного режимов (более характерного для ДП).

Формула для определения потерь давления газового потока в слое сыпучих материалов:

где Н – высота слоя; d_экв – эквивалентный диаметр куска; w - скорость газа; r - плотность газа; y - коэффициент сопротивления; e - порозность слоя. Самое большое влияние оказывает порозность.

Порозность – это отношение объема пустот в слое к объему слоя.

Нам выгоден слой с высокой порозностью. Самая большая порозность когда кубическая упаковка.

Если слой состоит из шаров разного диаметра, то промежутки между крупными шарами могут быть заполнены более мелкими. В этом случае порозность может оказаться ниже ее значения для самой плотной укладки в условиях равномерной кусковатости.

Мелк крупн

Из диаграммы следует, что по мере уменьшения количества кусков крупной фракции мелочь сначала заполняет объемы межкусковых промежутков без сокращения количества крупных кусков. При этом порозность уменьшается, а насыпная масса материала увеличивается. Когда все резервы размещения мелочи в объеме межкусковых промежутков будут исчерпаны, для дальнейшего увеличения количества мелочи в данном ограниченном объеме потребуется удаление крупных кусков и замена их мелкими. При этом часть объема, занятого сплошным материалом, замещается материалом более мелким, но имеющим промежутки между кусками. Таким образом, порозность снова начинает возрастать.

Таким образом, только в начале добавления как более мелкого, так и более крупного материала к слою кусковых материалов происходит ухудшение структуры слоя, снижение его порозности и рост сопротивления газовому потоку. Этот вывод свидетельствует о целесообразности сортировки материала на классы крупности с узким диапазоном изменения гранулометрического состава. Нельзя давать в агрегат мелочь (меньше 5 мм). Каждый дополнительный % мелочи – это потери 0,5% производительности и на 0,5% увеличивается расход кокса.