The model of porous particle combustion is developed. The equations of heat and mass transfer are considered both inside and outside the particle. The model takes into account the heterogeneous reactions inside the porous and homogeneous reaction outside the particle. Heat losses by radiation are taken into account also. The boundary of domain, where the dependence of the rate of the particle combustion rate on particle temperature is existed, is determined. Two regime of the particle are possible: high-rate regime for the porous particle with high internal surface and low regime for the particle with low internal surface. In high-rate regime the reaction of carbon with oxygen is occurred in layer at the particle exterior. Carbon monoxide is formed in the heterogeneous reaction of carbon with oxygen in high-rate regime. In low-rate regime the heterogeneous reaction of carbon with oxygen is occurred in whole volume of the particle. Both carbon monoxide and carbon dioxide are formed in low-rate regime of the particle combustion. Analysis of the model gives the possibility to determine the kinetic equations of the heterogeneous reactions 2C + O2 = 2 CO if the kinetic equations of the reaction C + CO2 = 2 CO is known.
Рассмотрена модель горения частицы углерода большой пористости в кислороде, которая учитывает протекание гетерогенных и гомогенных химических реакций внутри частицы и теплообмен излучением. Определены границы области, которой принадлежит зависимость горения от температуры частицы. Показана возможность существования двух режимов горения: высокоскоростного, в котором реакция углерода с кислородом протекает в слое у поверхности частицы, и низкоскоростного, в котором реакция идет во всем объеме частицы. При высокоскоростном режиме горения в результате реакции углерода с кислородом образуется в основном одноокись углерода, а при низкоскоростном режиме возможно образование как одноокись, так и двуокись углерода. Определено кинетическое уравнение гетерогенной реакции 2C + O2 = 2CO.
гомогенные и гетерогенные реакции углерода, горение углерода, высокоскоростное и низкоскоростное горение, кинетическое уравнение
1. Предводителев А.С., Хитрин Л.Н., Цуханова О.А. и др. Горение углерода. М.-Л.: Изд. АН СССР, 1949. 2. Головина Е.С. Высокотемпературное горение и газификация углерода. – М.: Энергоатомиздат, 1983. 3. Бабий В.И., Куваев Ю.Ф. Горение угольной пыли и расчет пылеугольного факела. – М.: Энергоатомиздат, 1986. 4. Field, M.A. Rate of combustion of size-graded fractions of char from a low-rank coal between 1200 K and 2000 K.\\Combust. & Flame, 1969, V.13, P.237 5. Essenhigh, R.H. Fundamentals of Coal Combustion, Ch. 19 \\ ``Chemistry of Coal Utilization: 2nd Supplementary Volume”, (M.A.Elliot, Ed.), 1981 P. 1153 6. Smith I. W. The combustion rates of coal chars: a review\\ Nineteenth Symposium (International) on combustion. The Combustion Institute. Pittsburgh, 1982, P. 1045. 7. Levendis Y.A., Flagan R.C., Gavalas G.R. Oxidation kinetics of monodisperse spherical carbonaceous particles of variable properties.\\Combust. & Flame, 1989, V. 76, P. 221. 8. Bews I.M., Hayhurst A.N., Richardson S.M., Taylor S.G. The order, arrhenius parameters, and mechanism of the reaction between gaseous oxygen and solid carbon.\\Combust. & Flame, 2001, V. 124, P. 231-245. 9. Libby P.A., Blake T.R. Theoretical study of burning carbon particle.\\Combust.& Flame, 1979, V. 36, P.139 10. Makino A. An approximation explicit expression for the combustion rate of a small carbon particle. \\Combust.& Flame, 1992, V. 90, P.143 11. Caram H.S., Amundson N.R. Diffusion and reaction in stagnant boundary layer about a carbon particle. \\Ind. Eng. Chem. Fundamen. 1977, V.16, P.171. 12. Гремячкин В.М. О горении пористых частиц углерода в кислороде. \\ Теоретические основы химической техно- логии 2000, V.34, p.424 13. Gremyachkin V.M., Fortsch D., Schnell U., Hein K.R.G. A model of the combustion of a porous carbon particle in oxygen\\ Combust. & Flame, 2002, V. 130, P. 161. 14. Термодинамические свойства индивидуальных ве- ществ. Спр. Под ред. В. П. Глушко. М.: Наука, 1978. 15. Лавров Н.В. Основы теории горения газов. М.: Наука, 1971, 272 с. 16. Лавров Н.В., Розенфельд Е.И., Хаустович Г.Н. Процес- сы горения топлив и защита окружающей среды. М.: Металлургия, 1981. 17. Lee S., Angus J.C., Edwards R.V., Gardrer N.C. Noncatalytic coal char gasification //AIChE J., 1981, V. 30, P.583 18. Laurendau N.M. Heterogeneous kinetics of coal gasification and combustion//Progress in Energy and Combust. Sci., 1978, V. 4, № 4, P. 221-270.
