Михаил Блехман - Движение и зависание топлива в бункерах

Общие положения

Обследовались стандартные бункера различных лет постройки. Емкостью от 200 до 500 тонн и высотой 15—17 м и выше из металла, бетона или бетон—металл. Форма бункеров: верхняя часть призматическая, переходящая в обратную пирамиду. Углы наклона стен от 55º до 75º.

Топливо – угли (каменные, бурые), сланцы и фрез торф.

Наблюдения сработки выполнялись с бункерной галереи и включали замеры: поэтапные замеры уровней, скорости потока и расчёт диаметров (см. Методика). Они начинались с момента сдвига (оседания) поверхности или начала образования воронки (см. сетка точек замера, рис. 1—1а).

Во время загрузки нет возможности замерить скорость движения в потоке.

Картина развития потока на этом этапе восстанавливается на основе возможных вариантов аналогичных наблюдений.

Изложенные ниже наблюдения основываются на замерах, выполненных на реальных бункерах, объединённых в таблицы №1—3 и №1—4 (Приложение 1).

Сработка бурого угля шахтной добычи Интинского месторождения (рис. 1—4а).

Wр =10%. Aр = 26%. Углы наклона стен β =70º-70º/74º-74º.

При влажности до 10—13% этот уголь по вышеприведенной классификации относится к группам сыпучести УС2 или СС1 (массовый поток), но с повышением влажности до 13%-16% возрастает его начальное сопротивление сдвигу и он переходит в группу СС1—2 (ограниченный поток).

Рис. 1—4а. Сработка угля группы УС без образования воронки .

Обозначения:

А – Движение массы угля в центральной части на первом этапе.

В – Сдвиг массы угля с периферийной зоны на втором этапе.

С – Граница сдвига слоёв.

h – разница высот.

D 1, D 2 – диаметры потока.

На рисунке показана начальная стадия сработки Интинского угля при влажности 10—11%.

1-й этап сработки:

Поверхность в пределах окружности D 1начинает оседать, а на границе (точка С) образуется трещина.

2-й этап сработки:

Через короткий промежуток времени оседает вторая часть (окружность D 2), а первая часть в этот момент как бы останавливается. Создается впечатление, что поверхность «дышит».

3-й этап сработки:

Продолжается равномерное снижение по всему уровню и уголь срабатывается полностью.

Сработка Экибастузского угля

(Электростанция, сообщившая об отсутствии проблем с переходом на сжигание Экибастузского каменного угля вместо Челябинского бурого).

Уголь каменный Экибастузского месторождения марки УС. Wр=5—7%, Aр=42%, β=67—65º/67—65º. Отличается стабильностью влажности по временам года.

1-й этап сработки:

Скорость снижения вершины конуса засыпки Vп 1выше скорости снижения уровня остальной поверхности. Образующаяся поверхность топлива имеет форму конической воронки. Глубина конуса h 2= 0,4—0,5 м.

Рис. 1—4б. Сработка угля группы УС с образованием частичной воронки.

Обозначения к рис. 1—4б:

H – высота бункера¸ h 1 – расстояние до точки изменения скорости потока¸ h 2 – глубина воронки, Dп 1, Dп 2 – диаметр потока¸ α 1и α 2 – углы скольжения, Vп 1и Vп 2 – скорости потока, F 1 – контур первоначального потока, E 2 – контур вторичного потока, h* – расстояние до точки касания потока со стенкой.

В данном случае воронка отличается от набл. №2-3-4 тем, что дальнейшее развитие воронки прекращается, а края воронки начинаются от стен бункера. На основании замеров скорости потока определены его параметры: скорость V 1=0,0027 м/сек¸ диаметр D 1= 2,52 м и контур F 1.

Примечание: Значения скоростей и диаметров потоков наблюдений №1-2-3-4 – см. табл. 1—3 (Приложение №1)

.

Расчет диаметра потока – см. часть 2, раздел 3—4, формула (6).

2-й этап сработки:

На глубине h 1скорость движения потока Vп 1снижается до Vп 2(см. часть 2, рис. 2—3а), а расчётный диаметр потока увеличивается до Dп 2за счёт сдвига объёма, шириной D 2 – D 1и высотой H 2, и расширением потока до контура F 2.

Новые параметры основного потока: скорость V 2=0,0014 м/сек, диаметр D 2=3,58 м., контуры вторичного потока F 2(поток массовый), а форма зоны сработки эллипс (эллипсоид). Угол скольжения α изменяется от 22º до 38º. Продолжается снижение уровня топлива по всей поверхности и сохраняется её коническая форма. В точке касания потока с поверхностью бункера на высоте h*=1—1,5 м наблюдается ускоренный износ стальной стенки. Бункер очищается от угля практически полностью Ки = 1.0.

В наблюдениях 4—1а и 4—1б процесс образования массового потока идентичен и состоит из этапов: 1) образование первичного потока, 2) образование смежного потока, 3) объединение потоков в единый массовый поток.

Уголь каменный Кузнецкий марки Г, Д. Группа сыпучести СС 1—2.

Wр = 6.5—10.5%. Aр = 12.2—20%. β = 55—55º/59—59º.

Этапы сработки:

Образовывалась воронка небольшого диаметра (Dп 1<1м), по мере углубления которой диаметр увеличивался за счёт обрушения топлива со стен воронки в центральный канал (колодец).

Уровень в центральном канале снижается до H 1и воронка расширяется до диаметра D 2.

Рис. 1—5. Процесс образования смежного потока.

Обозначения к рис. 1—5:

Расстояния: Н 1 – до нижнего края воронки, Н 2 – до нижней точки объёма обрушения, Н 3 – до верхней плоскости разрыва, Н 4 – до уровня угля в колодце в момент обрушения. СМ 1 – смежный поток. Н 3-Н 3 – верхняя плоскость разрыва, h— расстояние до нижней плоскости разрыва. 1 – объём обрушения, 2 – частицы угля в смежном потоке. S 1 – сегмент первого обрушения. S 2 – сегмент второго обрушения. α – угол скольжения. D 1и D 2-диаметры потока.

Стрелки: L 1-L 1 – это направление осыпания топлива в верхнем сечении разрыва. L 2-L 2 – это направление сдвига в нижнем сечении.

Рассмотрим процесс расширения канала от D 1до D 2(рис. 1—5, «Узел А»).

Обрушения прекратились. Идёт сработка топлива в воронке с равномерным снижением уровня основного потока. Поверхность потока плоская, а поверхность стен канала заглажена.

Воронка углубляется до глубины Н 2. Происходит разрыв стены канала на глубине Н 3, выше уровня топлива в канале – в данный момент Н 4.

Частицы, находящиеся в полости за стенкой выше линии разрыва, осыпаются в канал (L 1. рис 1—5, вид А), а частицы, находящиеся в полости ниже линии разрыва L 2, оседают (между стенками D 2и D 3), сливаясь с основным потоком ниже разделительной стенки.