4.7. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ШТАБЕЛЕЙ ПО ТЕПЛО- И ГАЗООБМЕНУ
Из изложенного выше следует, что штабели различаются между собой механизмом газо- и теплообмена с окружающей средой. В уплотненных штабелях, где межкусковое пространство доведено до минимума, газообмен штабеля с окружающей средой осуществляется преимущественно благодаря диффузионному переносу молекул газа по узким каналам межкускового пространства, а отвод тепла из сферы реакции — теплопроводности уплотненного угольного слоя. В неуплотненных штабелях с широкими и сквозными каналами межкускового пространства газообмен и теплообмен происходят преимущественно за счет конвективного движения газов по этим каналам.
Штабели с конвективным газообменом.
Типичные штабели с конвективным газообменом получаются при складировании сортовых крупных углей. Характерной чертой этих штабелей является то, что состав газа из межкускового пространства несущественно отличается от состава окружающей атмосферы. Поэтому с физико- химической точки зрения штабели с конвективным газообменом представляют собой окислительно-восстановительную систему, в которой скорость окисления топлива определяется его активностью или склонностью к окислению. Благодаря свободному газообмену штабеля с окружающей средой тепло, выделяющееся в зоне окисления, свободно выносится из штабеля, что обеспечивает поддержание температуры в нем, близкой к температуре окружающей среды. Чтобы в штабелях с конвективным обменом обеспечить требуемую интенсивность газообмена, прибегают к ограничению их габаритных размеров и ассортимента хранимых углей.
Вторая особенность штабелей с конвективным газообменом — неустойчивость во времени. В результате самоуплотнения угольного слоя и закупоривания отдельных каналов межкускового пространства ухудшается тепло- и газообмен в штабеле, что ведет к повышению температуры и интенсификации окисления хранимого топлива.
В штабелях с конвективным газообменом топливо во всем объеме окисляется в кинетических условиях. С повышением активности топлива скорость его окисления возрастает, что ведет к резкому увеличению складских потерь и недопустимо быстрому ухудшению качества хранимого топлива. Здесь склонность топлива к окислению определяет экономическую и техническую целесообразность хранения данного вида топлива, а также существенно влияет на продолжительность устанавливаемых сроков хранения.
Штабели с диффузионным газообменом.
Типичные штабели с диффузионным газообменом — это крупные угольные штабели, формируемые из углей с большим содержанием мелочи и укладываемые с послойным и поверхностным уплотнением. Характерной их чертой является ограниченный газообмен с окружающей средой, в результате чего атмосферный кислород в них проникает па сравнительно небольшую глубину. Окисление топлива и тепловыделение в них происходят только в пределах зоны кислородного влияния. В зоне штабеля, недоступной для кислорода, окисление топлива и тепловыделение не наблюдаются. В штабелях, типичных для складов современных электростанций, объем зоны кислородного влияния в теплые периоды годы составляет около 20—25% общего объема штабеля.
Уплотненные штабели представляют собой систему, в которой скорость окисления топлива определяется скоростью притока кислорода в зону окисления. Теплообмен с окружающей средой штабелей с диффузионным газообменом осуществляется преимущественно по твердой фазе в направлении наружной поверхности в атмосферу и через подштабельное основание в грунт. Теплоотдача в грунт по сравнению с теплоотдачей в атмосферу уменьшается с увеличением высоты штабеля.
Штабели с диффузионным газообменом устойчивы во времени. Их самоуплотнение еще более ограничивает газообмен с окружающей средой и увеличивает теплопроводность угольного слоя, что в конечном итоге способствует сохранности топлива. Такие штабели являются единственным технически доступным способом хранения огромных запасов энергетических твердых топлив на складах крупных тепловых электростанций и промышленных предприятий.
Промышленные штабели.
Они, как правило, представляют собой штабели со смешанным газообменом, но в них одна из форм газообмена всегда преобладает перед другой. При различных нарушениях типичности газообмена или переходных состояниях от одного вида газообмена к другому в штабеле неизбежно нарушается теплообмен, что создает благоприятные условия для самонагревания и самовозгорания топлива. Основным условием предупреждения окисления и самовозгорания хранимого топлива в штабелях с диффузионным газообменом является высокая плотность угольного слоя, а в штабелях с конвективным газообменом — высокая газопроницаемость.
Различие в газо- и теплообмене штабелей определяет их оптимальную ориентацию по отношению к господствующему ветру. Штабели, охлаждаемые за счет конвективного газообмена, должны ориентироваться перпендикулярно направлению господствующего ветра, чтобы максимально использовать ветровой напор для усиления газообмена и вывода тепла из зоны окисления. Уплотненные штабели, напротив, необходимо ориентировать параллельно направлению ветра, чтобы по возможности ослабить влияние ветрового напора на интенсификацию аэрации штабеля и увеличение объема зоны кислородного влияния.
Крупные штабели с диффузионным газообменом не требуют ограничения по габаритным размерам. Чем больше объем штабеля и чем ближе его форма к сфере, тем меньше относительная глубина его зоны кислородного влияния и тем меньший объем топлива подвергается окислению в процессе хранения.
Оптимальная форма штабелей с конвективным газообменом должна иметь максимально развитую поверхность, чтобы в полной мере использовать конвективный газообмен для вывода тепла из сферы окисления. Поэтому штабели этого типа должны ограничиваться в первую очередь по высоте.
Ассортимент углей, пригодных для хранения в штабелях со свободной аэрацией, ограничен, с одной стороны, склонностью к окислению молекулярным кислородом, а с другой — склонностью к выветриванию и самоизмельчению. Первая обусловливает быстрое обесценивание топлива при хранении, а вторая ведет к закупорке вентиляционных каналов в штабеле и ухудшению теплообмена. Поэтому для хранения в штабелях со свободным газообменом считают пригодными только крупные, химически стойкие угли, достаточно прочные, не склонные к самоизмельчению. Даже сортовые угли, содержащие значительное количество мелочи или измельчающиеся при движении, для хранения в штабелях со свободным газообменом непригодны. В уплотненных штабелях могут храниться любые рядовые угли без ограничения их по химической активности, прочности, склонности к самовозгоранию, предрасположенности к выветриванию и самоизмельчению.
Сроки хранения угля в штабелях определяются составом и свойствами хранимого топлива и условиями его хранения в штабелях. За допустимый срок хранения топлива в штабелях со свободной аэрацией принимают время от момента закладки топлива до достижения в в штабеле критической температуры самовозгорания. Срок хранения топлива в этих штабелях должен уменьшаться с ростом температуры окружающей среды, активности топлива, склонности его к окислению и самовозгоранию, а также склонностью топлива к самоизмельчению и способностью штабеля к самоуплотнению. Для штабелей со свободным газообменом необходимо строгое ограничение сроков хранения топлива даже в том случае, если температура в штабеле не достигает критических значений, но качество топлива снижается до нижнего предела его браковочных характеристик.
В уплотненных штабелях благодаря естественному самоуплотнению угольного слоя со временем происходит улучшение условий хранения в них топлива.
