УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ ТОРФА

Полезная модель относится к технике исследования процессов саморазогревания, самовозгорания торфа, и может быть использована при разработке и создании математических моделей этих процессов, а также прогнозировании их важнейших характеристик.
Известно устройство для определения параметров воспламенения и горения материалов (SU 635415, G01N 25/50, 1978), содержащее камеру с окнами, источник излучения, держатель образца, пусковое устройство, датчики температуры и устройство определения кинетических параметров горения.
В силу своей конструкции, недостатком данного устройства является отсутствие возможности проведения исследования процессов саморазогревания и самовозгорания торфа.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому, и принятому за прототип, является устройство для определения параметров воспламенения и горения твердых материалов (RU 2274851 С2, G01N 25/50, 2006), состоящее из экспериментальной камеры, источника излучения, держателя образца, регулятора мощности, блока датчиков температуры, блока определения кинетических параметров горения, компьютера и системы очистки дымовых газов.
Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает необходимый уровень имитации реальных процессов горения торфа. Кроме того, в силу своей конструкции оно не позволяет доводить физические параметры торфа (температура, влажность, плотность и др.) до значений, определенных программой эксперимента.
Задачей полезной модели является создание устройства для моделирования процесса саморазогревания и самовозгорания торфа.
Технический результат, достигаемый при осуществлении заявляемой полезной модели, заключается в повышении точности моделирования процессов саморазогревания и самовозгорания торфа путем имитации условий наиболее приближающих к наблюдаемым в природной среде.
Технический результат достигается тем, что в устройство для моделирования процессов горения торфа, содержащее экспериментальную камеру, источник излучения, датчики температуры и компьютер, согласно полезной модели, введены расположенная в экспериментальной камере емкость для торфа со сливом через вентиль, блок подачи воздуха, блок подачи азота и блок подачи воды, соединенные через вентили с трубкой подачи газа/воды в емкость для торфа, а также уровнемер. Источник излучения выполнен в виде нагревателя со змеевиком первого контура нагрева, нагревателя со змеевиком второго контура нагрева, нагревателя со змеевиком крышки и нагревателя с донным змеевиком, при этом датчики температуры соединены с компьютером через блок измерителя температуры.
Технический результат обеспечивается введением новой совокупности блоков с их связями. Все вышеизложенные признаки позволяют получать при обработке результатов более точные значения исследуемых параметров и полную картину процессов саморазогревания и самовозгорания торфа.
Сущность полезной модели поясняется фиг., на которой представлена структурная схема устройства для моделирования процессов горения торфа.
Устройство для моделирования процессов саморазогревания торфа содержит две соосно установленные металлические емкости: экспериментальную камеру 1 и емкость 13 для торфа со сливом через вентиль 12, блок 8 подачи воздуха, блок 9 подачи азота и блок 10 подачи воды, соединенные через вентили 12 с трубкой 19 для подачи газа/воды в емкость 13 для торфа, уровнемер 11. Источник излучения выполнен в виде нагревателя 3 со змеевиком 15 первого контура нагрева, нагревателя 5 со змеевиком 16 второго контура нагрева, нагревателя 2 со змеевиком 14 крышки и нагревателя 4 с донным змеевиком 17. Нагреватели обеспечивают нагрев теплоносителя до заданной температуры и его подачу на змеевики. Емкость 13 предназначена для размещения образца торфа. Уровнемер 11 обеспечивает контроль уровня воды в емкости 13.
Датчики 18 температуры, в качестве которых используют термопары, расположенные на емкости 13 с постоянным шагом по высоте и по диаметру, обеспечивают полный контроль температуры во всей емкости 13. Датчики 18 температуры соединены через измеритель 6 температуры с компьютером 7, на котором проводится обработка данных измерений.
В качестве измерителя 6 температуры может быть использован, например, измеритель температуры ТМ-12, который имеет двенадцать каналов для ее измерения. Результаты измерения температуры всех двенадцати каналов одновременно отображаются на экране дисплея и посылаются на компьютер 7 через последовательный интерфейс. Измеритель температуры ТМ-12 позволяет осуществлять сбор заданного количества результатов измерений через заданный интервал времени и сохранять эти результаты в энергонезависимой памяти прибора, которая позволяет записывать не менее 20000 результатов измерений для каждого из двенадцати каналов. Измеритель температуры ТМ-12 имеет разрешение 0,1°С, что обеспечивает высокую точность исследования процессов горения торфа.
Нагреватель 2 со змеевиком 14 крышки имитируют солнечный разогрев поверхности торфяника. Имеется возможность вводить воздух, азот и воду от блока 8 подачи воздуха, блока 9 подачи азота и блока 10 подачи воды, соответственно.
Определение критической температуры при моделировании процесса саморазогревания торфа происходит следующим образом.
Подготавливают торф в емкости 13 до заданной плотности и наименьшей заданной влажности. Подают теплоноситель с помощью нагревателя 4 на донный змеевик 17 или на змеевик 14 крышки с начальной температурой не более 30°C. По данным измерителя 6 температуры отслеживают установление температуры по глубине торфа. Подают теплоноситель с той же температурой от нагревателя 3 на змеевик 15 первого контура нагрева и от нагревателя 5 на змеевик 16 второго контура нагрева боковой поверхности емкости 13. По данным измерителя 6 температуры отслеживают стабилизацию температуры торфа во всей емкости 13. При достижении стабилизации температуры и отсутствии начала саморазогревания увеличивают температуру теплоносителя, подаваемого на дно и боковую поверхность емкости 13, на 5°C (т.е. температура теплоносителя 35°C). По данным измерителя 6 температуры продолжают отслеживание стабилизации температуры торфа во всей емкости 13. Повышение температуры проводят последовательно через каждые 5°C до температуры начала саморазогревания.
Температурным критерием саморазогревания являются условия, при которых температура торфа становится выше температуры теплоносителя.
Для ускорения эксперимента можно проводить окисление торфа кислородом воздуха, путем подачи воздуха в торфяную массу от блока 8 подачи воздуха, и по данным измерителя 6 температуры отслеживать процесс стабилизации температуры и определять температуру саморазогревания.
Аналогичным образом проводят опыты по оценке влияния влажности на процесс саморазогревания. Первоначальный опыт проводят с влажностью торфа несколько превышающую влажность сухого вещества торфа. На каждом последующем этапе влажность торфа повышают до необходимой величины и проводят опыты при постоянной влажности, но изменяют температуру. На основании полученных данных на компьютере 7 строят зависимость критической температуры саморазогревания торфа от влажности.
Для определения времени самовозгорания продолжают наблюдение за процессом саморазогревания. Прекращение процесса самовозгорания, а также исследование процессов его замедления обеспечивается за счет подачи азота или воды.
Полученные зависимости можно использовать в прогнозных целях для оценки саморазогревания и самовозгорания торфяной залежи конкретного типа при климатических условиях различной обеспеченности.
Таким образом, применение устройства для моделирования процессов горения торфа в исследовательских целях позволяет за счет точных измерений исследуемых параметров повышать точность имитации процессов саморазогревания и самовозгорания торфа, что в свою очередь позволяет создавать и тестировать математические модели этих процессов.