ТЕПЛОФИЗИКА ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

КАМЕННОУГОЛЬНЫЙ КОКС

Как было показано (см. раздел XVII), термическая обработ­ка каменных углей при температурах до 1000° С приводит к резкому увеличению коэффициентов тепло - и температуропро­водности углеродистого материала.

218

Определение коэффициентов теплопереноса реального куско­вого кокса в еще большей степени, чем в случае углей, затруд­нено крайней неоднородностью макроскопической структуры кокса, наличием большого числа видимых и скрытых трещин различных размеров, значительны^ числом открытых и закры­тых пор, сложным образом распределенных по эффективным диаметрам.

В табл. XVIII. 1 приведены тепло - и температуропровод­ности образцов кускового кокса Харьковского коксохимическо­го завода в интервале температур 200—900° С, полученные с помощью метода квазистационарного теплового режима [54]. Погрешность этих данных составляет 6—8%. Исследованию были подвергнуты образцы кокса, прилегавшего к стенке кок­совой камеры. Пористость кокса составляла 53%, кажущаяся плотность— 1,02 г/см3. Коэффициенты тепло - и температуропро­водности определялись в направлении теплового потока в кок-

Таблица ХУШ.1

Совой камере (||) и в перпендикулярном к нему направле­нии (-1).

Коэффициент теплопроводности в направлении, перпендику­лярном к тепловому потоку, линейно растет с повышением тем­пературы от 0,63 (200°С) до 1,65 ккал/(м-ч-°С) (900°С). Теп­лопроводность в параллельном направлении во всем исследо­ванном интервале температур несколько отстает от однако при температуре выше 500° С ее рост становится прогрессирую­щим.

Анизотропия теплопроводности будет понятной; если учесть, что разделение коксового пирога на куски при выдаче проис­ходит в большей мере по продольным трещинам (о чем свидетель­ствует форма кусков, удлиненная в направлении от стенки к оси камеры). При этом относительно возрастает поперечная тре­щиноватость, которая, вероятно, обусловливает меньшее значе­ние теплопроводности в параллельном направлении. Кроме то­го, возможной причиной может быть неравномерность свойств по длине куска. Однако нелинейность температурной зависимо­сти теплопроводности, характерная для лучистого теплообме­на, делает предпочтительным первое предположение.

Как было показано (см. раздел III), из теоретических сооб­ражений следует, что при низких температурах теплопровод­ность кокса должна изменяться пропорционально теплоем­кости. В соответствии с формулой

Вытекает, что а = const (с точностью до постоянства плотности). Приведенные в табл. XVIII.1 зависимости a(t) показывают, что в действительности коэффициент температуропроводности воз­растает с повышением температуры. Из этого следует, что тем­пературный интервал, в котором должно выполняться соотно­шение (III.15) в соответствии с условием (11.10), лежит ниже экспериментально исследованного. На это указывает также уменьшение производной da/dt при понижении температуры. Кроме того, приведенные результаты экспериментов в значи­тельной мере искажены влиянием лучистого теплообмена в тре­щинах.

На рис. 84 показана температурная зависимость коэффици­ента теплопроводности (50—200° С) двух образцов кускового кокса, характеристика которых приведена в табл. XVIII.2.

В этом случае теплопроводность также линейно изменяется с повышением температуры, причем при 200° С значения коэф­фициента теплопроводности близки к его значениям, приведен­ным в табл. XVIII.1 [0,75 и 0,63 ккал/(м-ч-°С) соответственно].

При комнатных температурах коэффициент теплопровод­ности кускового кокса в зависимости от его пористости и трещи - 220

Рис. 84. Температурная зависимость теп - 2 ккал/(м ч-°С) Х, Вт/(н-К)

Лопроводностн кускового кокса:

Жеииый кокс (р=35%)

Новатости лежит в пределах 0,5—0,7 ккал/(м-ч-°С), а коэффи­циент температуропроводности — в пределах (15—20) -10~4 м2/ч.

По причинам, указанным выше, в сравнительных исследова­ниях коксы часто подвергают измельчению. Результаты опреде­ления тепло - и температуропроводности измельченных образ­цов, естественно, не могут быть распространены на кусковой кокс. Однако они, как правило, характеризуются хорошей вос­производимостью, что позволяет делать определенные выводы о влиянии тех или иных факторов на коэффициенты теплопере - носа реального кокса. Очевидно, что в ходе таких исследований основные параметры, определяющие теплопроводность дисперс­ных материалов (плотность, степень измельчения, грануломет­рический состав, влажность и пр.), должны поддерживаться по­стоянными.

В табл. XVIII.3 и XVIII.4 приведены коэффициенты тепло - и температуропроводности измельченных образцов промышлен­ных коксов Криворожского и Баглейского коксохимических за­водов [116]. Характеристика образцов приведена выше (см. табл. Х1.6). Пробы были измельчены до 0,25 мм. Плотность за­сыпки составляла 0,90±0,01 г/см3.

Как обычно в случае дисперсных материалов, относительный вклад в общую теплопроводность кондуктивной, радиационной

(эквивалентной) и конвективной составляющих изменяется с I повышением температуры. Конвекцией в порах тонкодисперсно­го материала можно пренебречь вплоть до самых высоких тем­ператур. Лучистый теплообмен в рассматриваемом случае (смг табл. XVIII.3 и XVIII.4) становится заметным при температуре выше 550° С. Таким образом, при умеренных температурах | теплопроводность засыпки определяется кондуктивной тепло - * проводностью твердой и газообразной фаз. Теплопроводность вещества кокса, как было показано выше, растет пропорцио-

222

Нально температуре. Близка к линейной в рассматриваемом ин­тервале также температурная зависимость теплопроводности газа в порах. Вследствие этого теплопроводность засыпки так­же растет пропорционально температуре. Однако при темпера­турах выше 500—550° С (в данном случае) коэффициенты теп - лопереноса начинают интенсивно возрастать вследствие увели­чения радиационной составляющей теплового потока.

С приведенными в табл. XVIII.3 и XVIII.4 данными хорошо согласуются следующие эмпирические формулы:

А, = 0,17+2,8 • 10-4Г+12,2- 10~12Х X (Г+273)3, ккал/(м-ч-°С); (XVIII.1)

А=9,8-10-4 M2/4 = const при 7’^550°С; а=9,8-10-4+1,75-10~9( Г-550)2, м2/ч

При Г>550°С. (XVIII.2)

Последнее слагаемое в уравнении (XVIII. 1) представляет преобразованную применительно к данному случаю формулу А. Ф. Чудновского [98], описывающую радиационный теплооб­мен в порах дисперсного материала.