Г. И. ДЕШАЛИТ
РАСЧЕТЫ ПРОЦЕССОВ
ГАЗИФИКАЦИИ ТОПЛИВА
ооио
Допущено Министерством высшего образования УССР
в качестве учебного пособия для студентов химика-
технологических, металлургических и энергетических
специальностей вузов УССР
ХАРЬКОВСКОГО ОРДЕНА ТРУДдбаНО^КРАСНОГО ЗНАМЕНИ
ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА им. А. М. ГОРЬКОГО
Харьков	1959
Настоящая книга посвящена расчетам по га-
зификации топлив, в основном получению гене-
раторных газов.
Расчетам предшествуют характеристика топлив,
применяемых для газификации, физико-химиче -
ская и термодинамическая характеристики гене-
раторного процесса, а также классификация тех-
нических горючих газов.
Книга предназначается для лиц, изучающих
газификацию топлив, студентов, техников, инже-
неров, производственников.
Ответственный редактор — доктор техн, наук,
профессор Л. С. Брук.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Вопросы газификации топлив, в частности, технологии
производства газов» конструкций агрегатов и аппаратов, а
также вопросы, связанные с расчетами, относящимися к раз-
личным отраслям газификации, освещены в литературе не-
достаточно.
Между тем систематизация расчетов может помочь кон-
кретизировать материал, с которым приходится встречаться
как лицам, изучающим газификацию топлив, так и работаю-
щим в этой области.
Настоящая книга посвящена в основном расчетам газоге-
нераторных процессов; при составлении ее учтены новые дан-
ные по характеристике топлив. В книге приведены расчеты,
необходимые для усвоения новой техники и новой технологии
газификации. Расчетные данные расположены в той после-
довательности, которая соответствует изложению материала
в учебниках и учебных пособиях. Полагаем, что издание та-
кой кнцги окажется полезным и своевременным.
ВСТУПЛЕНИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКА РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ТВЕРДЫХ ТОПЛИВ,
ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ ГАЗИФИКАЦИИ
Для газификации в основном применяются следующие ви-
ды топлив: 1) антрацит, каменный уголь, бурый уголь, торф,
дрова — топлива естественного происхождения; 2) брикеты,
кокс, коксик, полукокс, растительные и древесные отходы^-
топлива искусственного происхождения.
.Для получения генераторных газов применяется сортиро-
ванное топливо, так как несортированное топливо резко ухуд-
шает процесс газификации. Чтобы избежать поступления в
газогенератор мелочи, образовавшейся во время погрузки в
вагоны, транспортировки и выгрузки топлива, оно на месте
потребления подвергается дополнительному грохочению.
Нижний предел размера кусков топлива, применяемых
для газификации в неподвижном слое, например для получе-
ния смешанного генераторного газа, определяется их механи-
ческой прочностью. Для топлив с малой механической проч-
ностью— бурых углей — этот нижний предел практикой уста-
новлен в 25 мм, для топлив средней прочности.— каменных
углей—10—12 мм, для прочных топлив — антрацита, кок-
са— 6 мм. Верхний предел размера кусков подбирается та-
ким, чтобы топливо по своему ситовому составу было по воз-
можности однородным; рекомендуется [1], чтобы верхний
предел размера кусков не превышал более чем в два раза
нижний предел.
Таким образом, по крупности топлива делятся на такие
сорта [1]: 6—13, 13—25» 25—50, 50—100 мм— каменные угли;
то же для антрацитов (с той разницей, что последние имеют
нижний предел б мм)\ 6—25, 50—100 мм — коксик, кокс.
Для газификации поддавлением возможно применение
мелких и средних фракцйиоурЫХ угЛёй: 2—207^2—25, 20—<
37, 20—50 мм, причем содержание мелочи (0—2 мм) не
должно превышать 10%.
При газификации во взвешенном и кипящем слое, т. е.
подвижном слое, применяется мелкозернистое топливо (1—-
10, 1 — 12 льи); содержание пыли (0—1 лш) также не должно
превышать 10—12%. В последнее время большое внимание
уделяется методу газификации пылевидного топлива.
Весьма эффективным видом топлива для газификации
являются брикеты — преимущественно буроугольные, а так-
же кусковой полукокс. Большое значение для газификации
имеет торф, в особенности кусковой (в виде кирпичей разме-
ром 75 X 120 X 300 ж<).
В некоторых районах СССР в газогенераторах использует-
ся древесина.
Но и при наличии сортированного топлива могут иметь
место случаи термической непрочности топлива, когда под
влиянием температурных условий в газогенераторе куски
топлива начинают растрескиваться, превращаясь в мелочь.
Это наблюдается у некоторых сортов антрацита, бурых углей.
Общепринятого метода определения термической стой-
кости топлив, применяемых для газификации, нет; рекомен-
дуемые же методы, во-первых, непригодны для испытания
бурых углей, механическая прочность которых сравнительно
низкая, во-вторых, не учитывают особенностей технологиче-
ских процессов различных способов газификации.
При испытании угля или антрацита на термическую стой-
кость пробу топлива отбирают тем же способом, как и для
испытания па механическую прочность. В лаборатории пробу
делят на порции, каждая весом около 1 кг. В течение 15 ми-
нут ее выдерживают в муфеле при 900°, после чего дают
остыть на железном противне. Остывшую порцию топлива
помещают в барабан аппарата для определения прочности
угля. Так же загружают и второй барабан. После этого ба-
рабаны плотно закрывают крышками, устанавливают в ап-
парат и включают мотор. В течение 5 минут они вращаются
со скоростью 50 об/мин. По окончании вращения содержи-
мое барабанов высыпается па противень и барабаны загру-
жаются новыми порциями испытуемого топлива.
После того как все порции прошли муфель и барабан,
топливо просеивают через горизонтально расположенное си-
то с ячейками 25X25 мм. Остаток на сите взвешивается с
точностью до 0.1 кг, и вычисляется процент остатка к весу
всей пробы. Полученное число называется «индексом терми-
ч ес ко й сто й кости».
Метод определения термической стойкости топлив в лабо-
раторных условиях, как отмечалось выше, неточен, поэтому
необходимо проверять ее на практике, в соответствии с при-
нятым методом газификации.
6
Особые требования предъявляются к термической стой-
кости топлива при использовании его в газогенераторах с
жидким шлакоудалением и в генераторах водяного газа. Что
же касается газификации топлив под высоким давлением,
в подвижном слое, то в данных случаях термическая непроч-
ность топлив, как об этом свидетельствуют имеющиеся дан-
ные [1], не имеет большого значения.
Для газификации топлив важно знать и шлакообразую-
щую способность их золы. Шлакование золы топлива отрица-
тельно сказывается на равномерности распределения газовоз-
душного потока по сечению шахты газогенератора. Комья
спекшейся или сплавленной золы непроницаемы для газифи-
цирующего реагента, шлаковые настыли на стенках шахты,
препятствуя опусканию топлива, способствуют образованию
пустот и прогаров.
А. П. Михеев, Р. В. Пухликова и Т- Е. Ярослав указывают
[2], что характеристика шлакообразующей способности топлив
по температуре плавкости их золы по стандартному методу,
применяемому в топочной технике, совершенно не показа-
тельна для определения шлакования в условиях процесса
газификации. В качестве примера авторы приводят случай
использования черемховских углей для газификации в кипя-
щем слое в газогенераторе системы Винклер. Определение
шлакообразующей способности этих углей по стандартному
методу дало положительные результаты, температура плав- д с f \
ления золы этих углей составляла 1300—1350°.
Между тем в газогенераторе при температурах 920—925°
наблюдалось образование склинкеровавшихся комков и шла-
ковин, нарушавших процесс газификации. Поэтому плавкость
золы топлив, определяемая в лабораторных условиях по су- _
шествующим стандартным методам, только приближенно ха- ~
растеризует склонность топлив к шлакованию или вовсе ее
не характеризует.
В подтверждение этого можно привести еще один пример,
заимствованный нами у Н. В. Шишакова [3].
Большинство многозольных подмосковных углей по ла-
бораторным определениям имеет тугоплавкую золу, темпера-
тура размягчения составляет 1350—1450°. Несмотря на это,
подмосковный уголь является одним из наиболее трудных ви-
дов топлива для газификации.
Чел ябццц^^^ гол ь. у которого температура размягчения
з ол ьГ^соста в л я ет 1030—1050°, шлакуется в газогенераторах
(при получении смешанного генераторного газа) в значитель-
но меньшей степени.
Надежным способом определения шлакообразующей спо-
собности топлива является его пробная газификация.
7
По имеющимся данным [I], при получении смешанного ге-
нераторного газа в газогенераторах с неподвижным слоем
топлива допустимая зольность топлива составляет 15—20%.
При получении воздушного генераторного газа в газогенера-
торах с жидким шлакоудалением возможно применение топ-
лива с зольностью до 50—60% и даже выше.
При газификации бурых углей во взвешенном состоянии
и под давлением возможная зольность их составляет 30%,
при газификации в кипящем слое— 15—20%. При газифика-
ции топлива на водяной газ степень их зольности должна
быть в пределах 11 — 12%.
Таблице 1
Допустимая влажность топлив (с учетом метода газификации)
Метод газификации
Допустимая влажность
« °/о
В газогенераторах с неподвижным слоем топли-
ва, работающих под атмосферным давтением,
при использовании в качестве газифицирую-
щего средства воздуха или паровоздушной
смеси ........................................
В газогенераторах с неподвижным слоем топлива,
работающих под атмосферным давлением, при
использовании в качестве газифицирующего
средства пара и кислорода.................  .
В газогенераторах, работающих на паоокисло-
родном дутье под давлением 20 — 25 атм .
Газификация мелкозернистого топлива во взве-
шенном состоянии .............................
Газификация бурых углей в кипящем слое . . .
Газификация с обращенным процессом ....
до 40 — 50
до 40
до 30 — 33
До 40
до 20 — 25
до 20 — 25
Нс меньшее значение для газификации топлив имеет ха-
рактеристика их реакционной способности.
Согласно данньш^йхеев'Я/Пукликовой, Ярослава [2], мож-
но разделить по реакционной активности все виды топлив на
три группы (табл. 2).
В первую группу включены бурые угли с высокой актив-
ностью по отношению к ..кислороду воздуХ5ь “Топлива этой
группы наиболее пригодны для газификации в мелкозер-
нистом виде, например, в кипящем слое, во взвешенном
состоянии и в газогенераторах, работающих под давлением.
Ко второй группе отнесены виды топлив, имеющие низкую
активность по отношению к кислороду воздуха — кокс, антра-
цит» тощие каменные угли, полукокс; в крупнокусковом виде
они наиболее пригодны для газнфикации'на водяной газ по
периодическому методу и с удалением шлаков в жидком
виде.
в
В третью группу входят виды топлив, которые можно га*
зифицГ^бвать" для получения воздушного и смешанного ге-
нераторных газов.	——
Таблица 2
Примерное распределение различных топлив в зависимости от
их возможного использования для газификации
Вид топлива	Группа топпив		i
Подмосковный уголь		1	»	V III
Челябинский	w 		1	—	in
Райчихинский 9 ........	1		III
Сулюкгинский .		1	—	III
Таджикский	„		1		III
Мелкокусковый торф		1	 — -	III
Боготольский	,			1	•—	III
Гусинозерский	.			1		III
Карагандинский ,			1	—	Hl
Черемховский	9				—	III
Павлоградский	,	—	—•	III
Кок-янгакский	,			——•		HI
Экибзстузский	,				О-	III
Араличевский		•		и	III
Антрацит		1	—-	II	III
Кокс		1 *“—	11	111
'V- Т<Ь» Э	у с* с-С . г к			г*г'э
Топлива, используемые для газификации, можно разде
лить на следующие ^группы:
1)	небпеКающпеся и практически не дающие смолы;
2)	спекающиеся и дающие смолу;
3)	напекающиеся и дающие смолу и жирные кислоты.
К Первой группе топлив относятся антрациты, кокс, кок-
сик, тощие каменные угли. Характеристика некото-
рых из этих видов топлив по их техническому и элементарно-
му анализам приводится в таблице 3.
Ко второй группе топлив относятся газовые угли марки Г
(Донбасс),' длшп7опл*аменные угли марки Д (лисичанский,
черемховский, журинский, черногорский, Минусинский
район), СС Прокопьевского района и др. В Кузбассе анало-
гами донецких каменных углей являются угли Ленинского
района Болдыревского, Серебряниковского и Мейеровского
пластов. В таблице 4 приводится примерная характеристика
этой группы топлив.
Характеристика некоторых видов топлив, входящих в тре-
тью группу, представлена данными таблицы 5.
Торф, древесина, растительные отходы сельского хозяй-
ства могут быть отнесены к четвертой группе топлив
(табл. 6).	' ’	" "	11-----
9
о
Таблица 3
Характеристика некоторых видов топлив, относящихся к первой группе
		1	Технический анализ, %					Элемента	рный анализ,	%
Виды топлива	Марка	IV'P	« Др	дс	*5^00111	V	СР 1 1	НР !	' о₽	N1’
Антрацит донецкий	АН	5,69	6,78	7.19	1,60	3.5	83.37	1,60	0,90	1.06
W	»	AM	7,65	12,00	12,96	1,58	3.8	75,70	'	1,27	0.85 1	0.95
•- •	АС	8,53	14,00	14,70	1,52	4,0	73,00	1,25	0.80	0,90
» брединский	АР	7,50	21,70	23,44	0,50	4.0	66,20	1,20	2,40	0,50
Коксик донецкий	10/25зш •	15,00	11,00	12,87	1.00 •	4,5	70,70	0,40	1,00	0,90
Антрацит горловский (Новосибирской обл.)	А	12,10		11,53		3,07				
Уголь сулюктинский	Б	20,00	15,0	9,0	0,56	29,0 1	Сг—78,0	Нг—3,8	О1—11,9	Nr0,8
. кизыл-кийский Уголь тощий	Б	25,0	9,75	13,0	Scl,8	33,0	Сг-75,5	Нг—4,0 1	О1 —17,9	Nr0,9
(Донецкий бассейн)	Т	6.0	17,0	18,0	Sc 2,0	12,0	Сг—90л0	Н1 -4.2	Ог- 2,3	Nrl,6
Таблица 4
Характеристика некоторых видов топлив, относящихся ко второй группе
Виды топлива	Марка	Технический анализ. *					Элементарный анализ, */0			
		U7P	Др	Ас	SP общ	vr	CP	HP	OP	NP
Уголь лисичанский (Донбасс)	Д	12.0	11,9	13,5	Sc4,3	44,0	Cr - 76.0	Hr—5,5	• Or—12,2	Nrl,6
. черемхонский (Восточная Сибирь)	д	12,0	15,0	17,0	Scl,3	45,0	56,9	4.2	9.7	1.2
Уголь черногорский	г	12,0	10,6	12,0	Sc0,8	42,0	Cr—79,0	Hr—5,5	Or—12,5	Nr2,2
Уголь кок-янгакский	г	14,0	21,5	25,0	Sc2,0	35,0	49.7	3,2	9,3	0,7
Уголь журинский	д	1 9,0	6,8	7,5	0,45		66.5	4,6	10,6	1,95
Уголь газовый (Дон- басс)	г	5,9	11,0	11.7	2.1 I	39,0	67,91	4.42	/ 7,87	1,34
Уголь прокопьевский	сс	- 8,0	9.4	10,2	0.4	25,0	73,95	3,25	3,20	1.80
Таблица 5
Характеристика некоторых видов топлив, относящихся к третьей группе
Виды топлива	Марка	Технический анализ, %					Элементарный апалис, %			
		)Г₽ 1		АР	/ •• Ас	SP общ	/Р	СР	HP	OP	Л’р
Челябинский уголь . .	•	а	•	БК	17,0	19.0	23,0	1.0	40,0	47,10	3,75	11,45	1.10
Подмосковный , . . .	♦ • •	БР	33,0,	19,0	28,3	2,0	45.0	32 !>0	2,40	10.30	|.'О
Карагандинский ....	*	9	•	БР	30,5	9.4	13,5	0,5	28 0	47,20	3,00	8,63	0.70
Богослове к ин . . . .	• • *	БР	29,0	12.1	17,0	0,4	43,0	41.60	о Ь0	13,50	0,80
Черновский	. . . . Смесь черемховского	(25%;	Б	32.0	5,8	8,5	0.7	40,0	Сг75,5	Нг-5,0	Ог17,5	А/г1,3
и черновского (75%) Сланцы — эстонский . . . ленинградский .	углей • • « • • •	*	26.0 11,5	8,0 62,4	10.8	0,7 1.3	41,2 81,0	49.80 19.3	3,40 2,5	11,20 3.0	0.S0 0,1
Таблица 6
Характеристика некоторых видов топлив, относящихся к четвертой группе
Виды топлива	Технический анализ, %								Элементарный анализ, °/0		
	WP	АР	А₽	ус	$Р общ	СР 1	НР	ОР	WP
Торф машинооформованный .	35,0	5,55	8,5	70,0	0,18	34.70	3,50	19,52	1,55
Гидроторф		35 0	7,0	10,8	70,0	0, i7	35,50	3,45	19 43	—
Фрезерный торф		5J.0	5,5	1 н.о	70,0	0,17	25,70	2.70	14,90	1,'О
Древесина (щеча)		30.0	0,7	1.0	85,0	—	35,0	4,30	29,50	0,50
Древесина (швырок)		30,0	0.7	1.0	85,0					Nr-0,6
Растительные отходы . . . .	—		5—12	65,0—85,0	—	Сг-51,0	Нг.6,1	Ог-42,3	
Йз топлив» дающих малый выход летучих веществ или
почти их не дающих (например, у тощих каменных углей,
антрацитов, коксика, кокса выход генераторного газа, ею
состав, естественно, не зависят от выхода летучих у топлива),
не получается смол; скрубберные воды содержат малое ко-
личество фенолов.
У топлив с повышенным или большим выходом летучих
выход генераторного газа, его состав, количество получаю-
щейся смолы примерно пропорционально выходу летучих;
Скрубберные воды содержат фенолы.
При газификации во взвешенном состоянии и в кипящем
слое выделяющиеся летучие вещества и смолы крекируются.
К сказанному можно добавить, что между_ величиной
кусков топлива и их реакционной способностью* существует
зависимость.
По данным Чуханова и Гродзовскдго [3], полученным при
проведении" Ойытов по скоростной газификации, скорость
дутья, необходимая для выноса окиси углерода, зависела от
величины кусков топлива. Например:
при размере кусков 2 — 5 мм скорость дутья соста ляла 0,5 м!сек
.	.	8- 25	,	,	.	.	2,20	.
.	.	20— 50	.	,	.	,	4.65	,
.	.	40-100	.	.	.	.	8,00 ,
Траустель приводит данные [4]. свидетельствующие о том,
что для каждого топлива, в зависимости от температурных ,
условий, может быть определен оптимальный размер кусков,
при которых может протекать процесс газификации. Эта за-
висимость сформулирована им следующим образом:
где ^ — критическая величина размера кусков'топлива;'
В/?—коэффициент диффузии, характеризующий пропус-
каем ость газа твердым топливом;
Кг — объемная реакционная способность топлива.
Таким образом,- если мы находимся в области d > afr,
когда размер кусков больше критической величины, то мы
имеем дело с чрезмерно большими частицами топлива, и по-
вышение степени измельчения желательно с точки зрения хи-
мической кинетики.
Если речь идет об области d < dk, то мы имеем дело с ма-
лыми частицами топлива, и повышение измельчения не может
быть~йспбльзовано в химико-кинетическом отношении, ибо в
13
Такой же мере, в какой увеличивается внешняя поверхность
этих частиц, снижаетсзгих реакционная способность.
ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ ПРИ ГАЗИФИКАЦИИ
ТОПЛИВ В ГАЗОГЕНЕРАТОРАХ. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ
. И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИХ
Химические процессы, протекающие при газификации топ-
лив в окислительной и восстановительной зонах генератора,
могут быть прёдставлстпт' следующими основными ураТГПе-
ниями:
I) реакции, протекающие в окислительной зоне: .
C4-O2->COt;	(1)
2С+Оа->2СО;	(2)
2CO4-Ot->2CO2,	(3)
2) реакции, протекающие в восстановительной зоне:
C-j-CO^CO;
C-LlLO^iCO+H,;
C4-2H,0«=tCO242H2,
(4)
(5)
(6)
Полученные компоненты образуют следующую равновес-

СО+Н2О»СО,+Н4.
(7)
В восстановительной зоне может протекать и реакция обра-
зования метана:
С+2Н,=гСН4.
(8)
Таким образом, протекание реакции газификации сводит-
ся к взаимодействию углерода со свободным кислородом
(воздух, технический кислород), паром, СО2 и водородом.
Указанные реакции сопровождаются следующими тепло-
выми эффектами:
С -у О, + 3,76N2 -> СО8 4- 3,76N2 -J- 97650 ккал-,
12«г 4,76- 22,4л3 22,4л3 3,76 • 22,4м3;
2С - 0,4- 3.76N, -> 2С0 + 3,76Na 4- 58860 ккал-,
4,76-22,4л’ 44,8л3 3,76-22,4 и3;
2СО 4~ О2 4- 3,76N8 - 2СО, +3.76N, 4- 136440 ккал:
2 • 22,4л3 4- 22,4 к3 4- 3,76 • 22,4л3 44,8л’ 3,76 • 22,4л’;
С 4- СО2« 2СО — 38790 ккал:
12кг 22,4л8 44,8л*;
С -4 Н2О s=t СО 4- Н2 — 2838 ккал-
12кг 22,4л3 22,4л’; + 22,4л3;
)4
С + 2Н,0=± СО + 2Н, -17970 ккал\
12«г 44.8 л3 22,4л8 44,8л3;
СО + Н,О«=±СОв + Н,-|- 10410 ккал-,-
22,4л3 22,4л3 22,4л3;
С 4- 2Н, s=t СН4 — 20870 ккал.
Следовательно, реакции газификации могут быть двух ви-
дов: экзотермические, включающие реакции ^ислорода с угле-
родом, водородом и СО; эндотермические, включающие реак-
ции углерода с водяным паром, СО2.
Реакция кислорода с углеродом, несмотря на кажущуюся
простоту, является весьма сложной. В результате ее изучения
установлено, что при Температурах выше -730° С скорость хи-
мического взаимодействия между кислородом и углеродом
значительно превышает скорость диффузии кислорода к по-
верхности углерода; таким образом, диффузия управляет
скоростью окисления углерода !.
Что касается продуктов, образующихся в результате взаи-
модействия углерода с кислородом, то СО и СО2 как первич-
ные продукты образуются одновременно из углеродно-кисло-
родного комплекса; отношение СО к СО2 является функцией
температуры, поскольку СО2 образуется преимущественно
при низких температурах, а СО — при высоких.
Идея образования углеродно-кислородного комплекса
СхОу впервые возникла еще в 1905 г. и после этого неодно-
кратно подтверждалась; по этой теории окислы СО и СО2
образуются в результате разложения этого комплекса. Реак-
ция окиси углерода с кислородом протекает чрезвычайно
быстро; наличие водорода каталитически влияет на протека-
ние этого процесса.
Важными эндотермическими реакциями в газификации
являются реакции углерода с СО2 и водяным паром. Меха-
низм протекания обеих реакции примерно одинаков. Все же
реакция углерода с СО2 является более простой» поскольку
взаимодействие углерода с водяным паром сопровождается
протеканием вторичных реакций в газовой фазе.
По данным 3. Ф. Чуханова, опубликованным в его статье
«Механизм и кинетика взаимодействия двуокиси углерода с
коксом» {5], реакция СО2 + С почти всегда протекает в кине-
тической области и связана с внутренним реагированием в
порах кусков топлива.
, 1 Как известно, условия, при которых определяющим фактором сум-
марного процесса является скорость химического воздействия между
реагирующими веществами, определяют кинетическую область процесса.
15
_J_>___г*	давление о механизме процес-
са реакции С — СО2 [6]. "
Молекула СО2 на поверхности углерода диссоциирует на
атом кислорода, который образует комплекс кетотипа с по-
верхностью молекулы углерода, и молекулу СО, которая пе-
реходит в газовую фазу. Адсорбированный комплекс, состоя-
щий из углерода и кислорода, затем разлагается с разрывом
связи С — Св графитовой решетке; образовавшаяся молеку-
ла СО также переходит в газовую фазу.
Молекула водяного пара мигрирует на поверхность углеро-
да, где-она диссоциирует, причем атом кислорода хемосорби-
руется с образованием кетокомплекса СХО; атомы водо-
рода или соединяются, образуя молекулы водорода, и уда-
ляются в газ, или хемосорбируются ненасыщенной поверх-
ностью. Кислородный комплекс затем десорбируется, выделяя
окись углерода, или реагирует с соседним адсорбирован-
ным атомом кислорода или с паром (при этом образуется
двуокись углерода, которая также переходит в газ).
Можно считать, что общность механизма гетерогенных
эндотермических реакций заключается в том» что они в ос-
• новном протекадцу в кинетической области. Что касается
^основной реакций водяного газа СО 4- Н2О<=± СО2 + Н2, то
она имеет риближе1ш^к равновесию на поверхности^ глеро-
^да и в газовои^фазе и _на нее сказывается влияние реакций.
^п^отекакдптгх_
Метод_,газиф1П<аиии пылевидного топлива во взвешен-
ном состоянии на парокислородном дутье является новым.
Он заключается в следующем [6].
Первой стадией процесса газификации является удаление
летучих из угольных частичек. Затем следует период, в ко-
торый протекают в основном экзотермические реакции.
В течение этого периода кислород диффундирует к поверх-
ности углерода, благодаря^ чему образуется СО — первич-
ный продукт реакции:
2CO-f-Oa->2COa.
СО обратно диффундирует в гомогенную газовую среду,
где вследствие быстро протекающей гомогенной реакции
2СО + Оа->2СО,
окисляется до СО2.
Одновременно с кислородом путем диффузии (при высо-
ких температурах) поступает к поверхности углерода и пар,
где он разлагается по реакции
С+НаО«СО+На.
При высокой температуре пламени главным продуктом реак-
16
ции является СО. Водород и СО с помощью-диффузии пере-
ходят в газовую фазу, где окисляются в пар и СОг.
По мере расходования кислорода снижается скорость ге-
терогенных реакций, равно как и гомогенных. Температура
снижается вследствие расхода тепла на эндотермические
реакции и потери тепла газогенератором.
В течение этого последнего периода пар и СО2 мигрируют
к поверхности углерода, где протекают указанные реакции.
Процесс газификации прекращается тогда, когда температу-
ра достаточно снижается или когда будет израсходован угле-
род .1 1	’
Нужно отметить, что в старых (статических) методах га-
зификации фактор времени играет иную роль, нежели в но-
вых. Например, если рассматривать газогенератор с вращаю-
щейся колосниковой решеткой, в котором газифицируется при-
мерно 200 кг]час топлива на м2 сечения шахты генератора,
то произведение времени контакта газа с топливной постелью
на удельную поверхность топлива (считая на единицу объема
газогенератора) так велико, что химические реакции, проте-
кающие при газификации, в большинстве случаев имеют воз-
можность ведьма близко приближаться к состоянию равно-
весия. Поэтому можно принять, что в конце зоны восстанов-
ления при определенной температуре практически устапавли-
вается равновесное состояние-££7
Если же рассматривать газификацию пылевидного топли-
ва во взвешенном состоянии, то произведение продолжитель-
ности контакта на удельную поверхность столь мало, что для
газовых реакций не представляется возможным приближать-
ся к состоянию равновесия так близко, чтобы можно было по
крайней мер^ для практических целей считать, что состояние
равновесия достигнуто. Только для предварительного подсче-
та состава получающегося газа в данном случае исходят, как
и при статической газификации, из констант равновесия.
Условия равновесных состояний систем, вообще говоря,
определяются их термодинамическими свойствами. Приведем
следующие данные, подтверждающие это общее положение.
Для процессов, происходящих в газогенераторе, примени-
мы законы сохранения материи и энергии. Поэтому коли-
чество углерода, водорода, кислорода, азота или серы, кото-
рое внесено в процесс топливом или газифицирующими реа-
гентами. должно соответствовать количеству углерода, водо-
рода, кислорода, азота или серы в продуктах газификации.
С другой стороны, согласно первому закону термодинами-
ки, изменение внутренней энергии процесса должно равняться
2 Г. И. Дешалит
17
сумме тепла, воспринимаемого системой, и внешней ра-
боте, производимой ею,.т. е.
dU = dQ--i-[dA.
Внутренние процессы в слое топлива основаны на законах
химического равновесия, определяемых вторым законом тер-
модинамики:
dQ —\TdS.
Для расчетов, связанных с процессом, протекающим при
постоянном давлении, предпочтительнее пользоваться не
внутренней энергией, а энтальпией Н (теплосодержанием).
Тогда
dH = d (U -Ь pv).
Приведённые выше соотношения можно свести к следую-
щему уравнению:
vdp = dH — TdS,
где vdp означает изменение энтальпии, зависящей при по-
стоянном давлении только от температуры. .
Пользуясь уравнением состояния
pv — RT,
имеем :
vdp dp = 77?d (1пр).
Энтальпия сложной системы определяется суммарной вели-
чиной компонентов, составляющих систему.
Следовательно, вместо In р можно ввести в уравнение
S/гл In /7S — In Кр.
Здесь Pi означает парциальное давление компонента, пх —
число молей компонентов, принимающих участие в реакции,
in/Cp — натуральный логарифм константы равновесия Кр, ко-
торый известен для большинства газовых реакций.
Зная константы равновесия, пользуясь уравнениями, вы-
ражающими материальный баланс для компонентов, участ-
вующих в процессе, температуру и давление, мы можем под-
считать количество образующегося в результате газифика-
ции газа, его состав и проч.
Таким образом, предварительным условием для каждого
расчета является знание констант равновесия.
Непосредственное определение равновесного состояния
реакций путем анализа состава газа при постоянной темпе-
ратуре и наличии данных о начальном составе газа весьма
18
затруднительно. К тому Же производить необходимые заме*
ры температур также нелегко.
Для определения констант равновесия могут быть исполь-
зованы динамический и статический методы. Однако в пер-
вом случае трудно установить, достигла ли реакция равно-
весного состояния. Статический метод также имеет недостат-
ки: реагирующий газ вступает с твердой фазой в реакцию,
которая будет протекать до тех пор, пока не изменится состав
газа, на что зачастую требуется длительное время. Констан-
та равновесия может быть определена и термодинамическим
путем.
Мерой движущей силы химической реакции является ее
максимальная работа, представляющая собой наибольшее ко-
личество работы, которое может быть получено за счет про-
текания реакции.
Принцип максимальной работы представляет собой ва-
риант второго закона термодинамики.
Максимальная работа при постоянном давлении и посто-
янной температуре равна	z
ДВ = Д/7—ГДБ',
где Н — энтальпия, S' -- энтропия при постоянном давлении.
Термодинамическая производная из закона действующих
масс приводит к такому уравнению:
ДГ= — /?Г1п Кр.
Оба уравнения свидетельствуют о зависимости между
константой равновесия Кр и изменениями энтальпии и эн-
тропии реагирующих веществ. Теплоемкость может быть
определена с помощью калориметрического замера, а также
спектроскбпическим методом1. Таким образом, мы( имеем
достаточно реальный и. точный способ определения кон-
станты.
Примеры подсчета констант равновесия на основе данных
о теплоемкостях и энтропии неоднократно приводились в ли-
тературе.
В температурном интервале между 700 и 1500° К, в ко-
тором могут протекать процессы 'газификации, максималь-
ное отклонение численной величины для lg Kv составляет
0,007, что соответствует 0,16% величины Кр [7].
Кинетика реакционной системы определяет последова-
тельность прохождения реакций, равно как скорости, при
которых они протекают.
У гомогенной необратимой реакции
о. A -J-рВ -J— уС “I-... —>	—1~ vN
* Энтропия может быть рассчитана по приближенным формулам
Стрелкова И. И. [31].
19
Таблица 7
Зависимости теплового эффекта некоторых реакций, их констант равновесий от температуры
Реакция и ее тепло-
вой эффект при
20* С. q кал
С + О2 “* СО2 +
2С+Оа-> 2СО+59400
С + СО2	2СО—38400
С4 Н2О « СО +
+Н,-28150
С+2Н2О«СО4+
+2Н4—17100
Зависимость теплового
эффекта от температуры.
'?=Чго-НГ+^7',+’г Г3 кал
97853- 0,469 7+0,000879 72 +
+ 0,62- Ю-о Г3
60320—4 /298 Г+0.003594 72+
+ L25-10-6P
-37533-3,829 7+ 0,002715 7*+
+0,63- 10-67»
-26853-5.2697+0.0027197*+
+0,546-10—67s
-16172—6,7097+0,0027237’+
+ 0,462 Ю-67»
Константа
равновесия
5. Ар — pj
н г н2о
Зависимость константы равновесия
от температуры
,	20582.8
1g Ар =---у-— — 0,302	7 + 0 000143 Т~
-0.0196 МО-бр+0,62
1g А’р= — у—+ 2,1656 1g Г-|-О,0ОС93947'—
-0,1064-10-б7'1—3,394
1g Яр = - 89^7-7 4- 2-4673 1g Т-
-0,00103247'4-0,116-10-«7’,4-2,77
8200
1g Ар= —1.75 1g Т -0,006 Т 4-3,8
6740,5	„
1g А'р -------+ 1,5561 1g 7 —
—1,092-10““* 7 -0,028-10-67’—2,55
!g А’р в — --у3’3 + 0,6446 1^7 4-
+ 0,0008647-0.1814-10 б7*+2,336.
C i 2H2 «=: CH4+18600
15713+11,3517—0,006737’ +
+2,182- 10-67»
CO-f-HsOsa H»+CO2 +
-4-10250
10681 -1.44 7—0,0000047’+
4 0,084-10-67’
2CO+O, - 2C0j f-
+ 136200
135386+3,367-0,0018367’—
-0,01-10 67’
CH4 + H,0 - CO+3Ha-
-46750
—42566 +6,627+ 0,009157’—
—1,636-10-67’
10 CH,+2HlO - СОа4-4На—
-36500
-Л 1885-18,0607 +
+ 0,00915537’-!,72-10- 67»
11 CH4-bCO5-. 2СО+2Н,— -53246-15.187+0,0084457’-
—57000	—1,552-10-67’
JO
6. /<
н2
СО* Н-,0
я/со
1§Яр = — -т + 5,581gT-0,C01777-
-13,1-10-67’—11,3
2203 24
1g Яр----—у,’—4- 5,1588-10-5 1g 7—
—2,5426-10—77а + 7,461 • 10 иГ-|-2,3
2050
1бЯр = --?--|-1,58О41бТ-
— 1,817  10 -3T-f-5,65 • 10-?7а-8.24 •
8. Я
со2
. 10-,17* — 1,531
29530,5
1g Яр —т- ~ + 2,769 lg Т-
—0,00122674-0, 135 • 10 - «7’4-2,150
9. я
СОГ -На
сн4Р н»о
lgKp =
9874
— —у- + 7,14 1g 7—0,0018874-
-4-0.094-10-67’—8,64
10 Я
согг Hs

+ 6,23 1g 7—0,0009067—
0,0596-10-67’—8,79
и. ^-5^
СН/ COf
1g Кр = — —у- + 3,1127 1g 7-0,002852474-
4-13,216-10-67*—8,528
где Л, В, С — компоненты, принимающие участие в реакции,
а, р, у — соответственно моли этих компонентов;
Л1, Лг—компоненты, образующиеся в результате про-
текания реакции;
v — соответственно их моли,
скорость реакции по закону действующих масс равна
V — Кха *ь х> .
тле хь> хс — парциальные давления, концентрации компо-
нентов, принимающих участие в реакции;
К— константа скорости реакции,
У гомогенной обратимой реакции
а 4 4-	*=± р/И 4*
результативная скорость определяется как разность.
V —	— Г, = Л ,Ха Х'ь — Л2Х„, Хп.
L
.Если для этой реакции имеет место равновесное состояние,
то результативная скорость ее равна
,« VP is
а* > __
И rV ~	‘
т Л-п ' 1
4F
Что касается гетерогенных реакций, то они протекают в
условиях более сложных, когда сказываются дополнительно
адсорбция, десорбция, диффузия и проч. Поэтому и г^цадан-
та скорости более сложна. В данном случае константу ско-
рости реакции, зависящую от температуры, по уравнению
Аррениуса [8], можно определить следующим образом'-
In К — In KQ —
где /(о — константа для рассматриваемой реакции;
Е — энергия активации;
/? —газовая постоянная;
Т — абсолютная температура.
Выше указывалось, что отношение констщгг скорости для
обеих частей равновесной реакции представляет собой кон-
станту равновесия:
к=—-
к:
Константа равновесия определяет соотношение концентраций
реагирующих веществ в момент химического равновесия при
той или иной температуре.
22
Таким образом, для реакций
С+Н,О^±СО+Н2;
С+СО2«2СО;
CO+HjO^CO.+ H,;
СО+ 7,0,-^СО,;
С4-2Н,->СН4

будем иметь соответственно следующие
весия:
выражения равно-
Р Р
СО/Н,
Р Р
ССГН2О
I
Константы равновесия реакций, протекающих при гази-
фикации, могут быть определены по константам равновесия
следующих реакций:
С ; СОа^±2СО;
C+HjOaCOfn,;
с+гн^сн,.
В температурных пределах
ных уравнений могут быть
дующим образом:
400—1200°С константы указан-
определены соответственно сле-
23
Таблица 8
Численные значения констант равновесия некоторых реакдий
	Константы равновесий		
пера-	, р’со	\/ Рсо2 Рн2	?со2
। Тем тург	Рсоа	Рсо- Рн о 1	р«>
100	1,3 -10-16	3,52-103	1,05-1035
200	1,7 -10—‘°	2,04-102	5.4 -1029
300	3,6 -10-7	3.94-10	1,7 -1021
V 400	8,22-10-5	9-10	4,9 ЧОП
500	4.51-10-3	4-448	3,4 .1С»4
600	9,48-10 2	2,54	2,1 -1012
700	1,32	1,52	2,3 -10™
v «00	7,46	1,05	1,56-10»
000	3,90- 10	0.792	1,05-10 8
1000	1,50-102	0,596	1,16-10 7
1100	4,72-10-	0,475	1,59-10 6
Y1200	1.27-103	0,397	3,02-10 б
1300	2,98-103	0,341	6,92 -10 4
1400	6,31-1()3	0,300	1,93-10 *
у 1500	1,21-104	0,268	6,24-10 з
1750	4,70-10»	0,214	5,93 -10 2
V 2000	1.30-Ю5	;	0,173	9,86-10
2520	2,93-105	J	0,163	2,38-10
Численные величины для констант равновесия, приведе-
ние в таблице 8, были подсчитаны по формулам, позволяю-
щим определить величины констант с изменением темпера-
туры, например, по формуле Периста [9].
1g кр = -	+ 1,752л lg Т+ Е (пс).
ПРОМЫШЛЕННЫЕ ГОРЮЧИЕ ГАЗЫ, ИХ ОБЩАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ
Горючие газы подразделяются с точки зрения их возмож-
ного использования на газы, применяемые для энергетических
пелен (обогрева промышленных печей, в двигателях внутрен-
него сгорания, в газовых турбинах, в котельных и про^.), иду-
щие для бытового потребления (коммунальных целей) в
' являющиеся исходным сырьем для получения целого ря ча
продуктов химического синтеза.
Показатели, характеризующие эти газы, их классифика-
ция приводятся в таблицах 9, 10, 11, составленных п> дан-
ным, опубликованным в сборнике «Газификация твердого
топлива» [5].
24
Таблица 9
Классификация газов, используемых в быт
(составлена по Н. В. Лаврову)
Газы	Содержание^ - (СПНП -Г з+ 4* CnHm f- Н2) в °/о объем- ных	|	Состав газа в объемных •/• ’ о						Теплотворная спо* собность в ккал]нм*	
		С.Н.+ 4- C4Hi0		сн4 * '	Н2	СО	СО, + N,	Q.	Qk
1. Углеводородные газы:							1	27180	•
сжиженные		100	100	—"		—-		• 		25000
природный и газы угольных			0,7				'1.3	9440	
пластов , 		98,7	——		98	—	—			8470 • •
2, Метано-водородные газы: нефтяной . ..	. Г . . .	97,0		27.0	58,0	12,0	3.0		10070	9180
заводов СК		89,0	—	10,0	5,0	74,0	0,5	8.5	4270	3760
коксовый иэ каменных углей,	80,0	——	2.0	22,0	56,0	6,0	13,0	42S0	3780
получаемый при гйзйфика-	•			18,0	56,0	18,0	7.0	4090	3610
ции под высоким давлением	74,7	*» —	0,7						
метанированный водяной	51,0		—	35,6	15,4	7,0	42,1	4065	_ 3564
ГЗлГазы, содержащие водород									
й окись углерода: двойной водяной 		54,0	1	0,8	8	46,0	27,0	18,0.	3120	2820
+водяной 		51,5		—	0,5	51.0	38,0	10,3	2759 '	2500
паро-кислородный	 полуводяной 		42,0	—	0,5	3,0	39,0	34,0	23,3	2590	2370
	38.5	—		0.5	38.0	35.0	27,5	2261,	2088
подземной газификации бу-				1.0	18,0	8,0	71,0		870
рых углей		19		 					1000	
генераторный из битуминоз- ных топлив 		15,5		0,3	2.5 0,6 0,3	13,0	28.0	26.0	1530	1440
генераторный из тощихуглей доменный		13,6 3,0 г	•			13,0 2,7	27,0 28,0	59,4 69	1270 960	1200 940
Таблица 10
кэ
о
Энергетическая классификация горючих газов (составлена по Н. В. Лаврову [10])														
											**			। уя			
		Coctir газа я <			чб-кемн kiic		0/		Теплотвор-| ность газа в		Теорети-	Объем	Температура в* С	
							' •		ккал/нм1		ческий	продук-	макся-	
Газы		•				4					расход	тов его-	мальная,	с учетом
	со3	О3	CflHm	со1	Н, »	сн4	N,i	С.Н' 4-С.Ню	QB	> Он , i	воздуха в нм3) нм* газа	рання в нм*!нм1 газа	без учета влаги в	влаги в воздухе
				1			i			i «			воздухе	
1. Газы с высокой темпе-											! ;			
ратурой горения;														
окись углерода 						100			—	—	3020	3020	2,38	2,88	2370	2330
водород 			—	—	“ •	100	я»	—	—	3050	2570	2.38	2,88	2'230	2190
водяной 		6,3	0,2	—-	38	51	0.5	го	— —	2750	2500	2.2	2,7	2210	2180
газы заводов СК ... . газ, получаемый при га-	2	2	10	0,5	74	5	6,5	—	4270	3760	3,7	4,3	2190	2160
зификации под высоким давлением (25 ат) . .	3	0,3	0,7	18	.56	18	4,0	— —	4090	3610	3,5	4.2	2130	2100
нефтяной (Москва) . . .	—	—	27	3	12	58	" 	- —	10070	9180	9,9 •	10,8	2120	2090
сжиженный		- -	——		•		—	-50	-50+50	27180	25000	27,4	29,6~	2110	2080
двойной водяной ....	15	0,2	0,8	27	46	8	3	—•	3120	2820	2,6	3J2	2110	2670
коксовый из каменного					•					3780				»
угля , 		3	1 "	2	6	56	22	10	1 	4280		3.8	4.5	2090	2060
паро-кислородный . . ,	20,3	0,2	0,5	34	39	3		—	2590	2370	2,1	2,7	2050	2020
коксовый из сланца . .	15	—	3	16	39	24	3	—	4410	3960	4,0	4,7	•2040	2040
метан 		—	—	——	—		100	—	1 —	9500	8530	9.5	10,50	2030	2000
потукоксовый из 'камен- ного угля 	 природный:		13 0,1		7 0,7	9	9
2. Газы со сдедней темпера- турой горен ....			w		
смешанный (коксового —					
50%, доменного — 50%)	7		10	17	29
генераторный из битуми- нозных топлив ....	7	0,2	0,3	28	13
3. Газы с пониженной гем-					
п ературой горен ня смешанный генераторный					
из тощих топлив . . .	6	—	  	27	13
доменный из древесного					
угля		12	—	ев	27	8
воздушный		1		—	32.5	0,5
доменный коксовый .	.	10.5	**	—-	28	2,7
4. Газы с низкой., темпер а-					
турой горения: ваграночный, с исполь зо-					
ванием физического тепла t«• 600° С (о бщее					
теплосодержание Q — 594 ккал/м*) . . ..	13,1	—		13,1	——
продувочный (при газифи - кации антрацита), с ис- пользованием физического тепла t •= 600° С					
(Q — 594 ккал/м1) . . .	14,5	0,2	- .	8,8	2,3
продувочный (при газифи’ кации -кокса) с использо-					
ю ванием физического тепла	17.5	0,2 /	—	5,0	1,3
54 98	8 1.2		6740 9440	6100 8470	6.6 9,4	7.5 10,4	2020 202J	1990 1990
11	35	  	2620	2370	2.3	3,0	1930	19С0
2.5	49		1530	1440	1.2	2,0	1750	1720
0,6	53,4	—	1270	1200 •	1,0	1,8	1670	1640
1,8	51,2	«	1230	1170	1,0	1,8	1590	1560
	66		1000	990	0,8	1,6	1560	1530
0,3	58,5		960	940	0,8	1,6	1470	1440
—	73,8		400	400	0,3	1,2	' 1250	1230
0,2	74	«МВ	360	340	0,3	1.2	1180	1160
—«	76		190	180	0,1	1,1	950	930
Таблица 11
Технологическая классификация горючих газов
(составлена по Н. В. Лаврову)
	Содержа- ние по-	Состав газа в объемных %													
	тенциаль-														
Г азы	кого во- ЛАППИ!)														Примечание
	ДириДа В °/о	н,	со	сн4	сгн.	с,н8	с4н10	СА»	СзН.	С3Н,	C4HS	со2	N,	оа	
	объем-														
	НЫХ ' 1	1						1							
		1						I							
1. Газы с весь-															1. Выход потенциаль-
ма высоким со-										i					ного £Ьдорода из углево-
держанием потен-										1					дорогое может быть оп-
циального -водо- рода (выше 500®/в): *"сжиженны й . .	1150					50	50	—		— —е	—	—-	—	•	рэделен по формуле Н. = (2л +^) Слнт
прямой пере- гс нки ....	1103	—		И	17	9	28	30	—			5		•—*-ч»	Газы этой группы, в осо- бенности крекинг-газы,
парофазного крекинга . ,.	640	9	—	28	14	3	ч 1		20	15	10			—	содержащие большое ко- личество непредельных
жидкообразного крекинга . . пиролизный . 1 ,2. Газы с высо-	630 505	3 14	— 1 0,8	‘50 41	17 12	10	5				2 17	8 9	5 5	0,4	0,8		углеводородов, представ- ляют особую ценность как сырье для химиче« ской переработки - 2. Газы этой группы ив -
кии содержанием потенциального во-		1													ляются ценным источни- ком для получения вода
дорода (20О~45О7о% tyxoft природный газ*" (саратов- ский, дашав- ский и др.) . .	400			94	1,2	0.8	0,4 I	0.2				0,2	3,3		рода по конверсионному методу или путем крекин- га метана и других угле- водородов
полукоксовыи из камеи, углей	270	9	9	54			
3. Газы со средним содержанием по							
тенциального							
водорода (от 90 до 200 о/е):							
коксовый (ка- менноугольн).	160	59	/	24				
заводов СК . .	160	74	0,5	5		—-	—
полученные при газификации					•		%
под высоким давлением . . .	150	56	18	18			•
. двойной водяной	110	46	27	8	—	—	—
водород ... ".	100	100	*	-—	——			
водяной ....	21	51	38	0.5				——
паро-кислородн. 4. Газы с низким	85	39	34	3	1	—	—
 содержанием по -							
тенциального во- дорода:							
генераторный из битуминозных		13					
топлив ....	53		28	2,5		——	
генераторный нз		1,3 0,5		0,6		1	
тощих топлив .	42		27		—	—		
воздушный . .	33		32.5	0,3	—•	«—•	—
доменный (кок-		2,7	•				
совый) ....	32		2,8	1.8		—	——
доменный (дре- весноугольный) продувочный	42	8 2,3	27 О	0,2 0,2	—-	—	—-
(антрацит). . . продувочный	12						—  
		1,3					
§ (коксовый) . .	8		5	11 	—	—	—
7			13	7,8	0,23	3. У газов этой групп»
						используется водород для синтеза. За счет конвер- сии СО получаются до*
						полнительные количества
						н.
2		— --	3	4.5	0,5	
10	* 		I	»	2 •	6,5	2	
0,7			3	4	0,3	•*
0,8			 	15	3	0,2	
			6.3	4	0.2	
5		—	20,3	3	0,2	4. Газы этой группы & смеси с газом с высоким содержанием водорода, например с водяным, при-
					0 2	меняются для производ- ства азото-водородной
0.3	—	—	7	49		смеси, необходимой для синтеза аммиака
						
 	e^—	—	6	49	0,2	
——	—			1	66	♦—	
—				10.5	58,5	——	
—-	—	—•	1	65	—	
•—>	  		14,5	74	0,2	
——		—	17,5	76	0,2	
диаграмма горючих .газов [11] (рис. 1).
На основании данных таблицы 12 составлена ктассифи-
канионная
Область технических умшх
wot
Рис. 1.
богатые газы
3000 ****
бедные газы
•Ун~/ом кклл
। -tlj
Яяноакюе a/jwwf -
< л ।

I
I и
В
, ъые газы
/безжалостные/
-3000
ХАРАКТЕРИСТИКА СОСТАВА ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ
(ТЕХНИЧЕСКОГО ГАЗА)
Состав газовых смесей может быть выражен в весовых,
молярных, объемных долях или процентах. Если количество
смеси принять за 100, то компоненты выражаются в процен-
тах: если — за 1, то они выражаются в долях.
Если в g весовых единицах смеси (кг, г) содержится
Яр Я> и т- Д- весовых единиц различных компонентов, то
состав газа выражается так:
в весовых процентах: —100,	100 и т. д.
Я Я
в долях: , 1 , - и т. д.
g g g
Если Мг-мол газа составляется из mh и, и т. д. грамм-
молекул отдельных компонентов, то состав газа может быть
выражен так:
в молярных процентах:
7? 100, 7г 100 и т. д.
м м
30
Т «блица 12
классификация технических горючих газов, предложенная
Шустером |11|
Газы ч		Высшая тепло- творная спо- собность в ккал {нм* %	Число атомов			Отношение числа атомов	
			С	Н	< о		
						С	
1.	Отдельные газы:						
	на	3050	0	2	0	оо	0
	со	3020	1	0	1	; о	1
	сн4	9520	1	4	0	4	0
	С2Н„	16820	2	6	0	3 *	0
	CSH9	24320	3	8	0	2,67	0
	и. бут«н С4Н10	32010	4	10	0	2,5	0
	Пропилен	22540	3	6	0	2	0
2.	Технические горючие газы:						
А.	Бедные генераторные газы:						
	доменный 		975	38	4	46	0,11	1.21
	генераторный из кокса . . генераторный из каменного	1275	33,5	26	38	0,577	1,13 1,03
	угля		1425	44	32	35	0,94	
	генераторный из бурого						1.14
	угля		1450	36	38	41	1.06	
	генераторный из бурого						
	угля в газогенераторе со швельшахтой . . .	1600	36	38	36	1,06	1,00
	генераторный из каменно-						
	го угля в газогенера- торе со швельшахтой .	. 1650	37	38	36	1,03	0,97
Б,	Водяные газы:						
	водяной нз кокса 		2475	45,5	102	50	2,24	1,10
	водяной из угля (двойной водяной генераторный газ)	3<5О	45	120	45	2,67	1,10
В.	Богатые газы:				а		к
							
	полукоксовый из бурого угля		4000	105	130	115	1.24	1,10
	полукоксовый из каменно- го угля 	 природный	  .	•	8000 8900	90 94	320 372	15 2	2,37 3,96	0,16 0,02
в молярных долях:
Если в V объемных единицах газа содержится	и
т. д. объемных единиц отдельных компонентов, то состав
газа следующий:
31
в объемных Процентах:
7';юо, ^100, 4 ню,
г	г	V
в объемных долях:
V" \ v
V,
г>3
J » т- д-
Если s,, s2 — удельные веса отдельных компонентов.
Alj/И,— их молярные веса, то, переводя объемные проценты
в молярные, имеем
100
ф Ю0 =---------------;
Л1	г/,Si ,
Л1, " /И,
переводя молярные проценты в объемные, получим
100^
100 =---------------------------—-----------
V mlMl mtMt
I • • •
«i	S2
и, наконец, переводя объемные проценты в весовые, имеем
р1 lOOsj
100 =------------------------
-^-1005,+ ^*1005,4-...
или
1 оо =	100	'
g »л4-®л4--
Пример. Дается объемный состав газа (в %):
Н, - 50, СО2 — 5,
СО-40, N, — 5.
Определить: 1) состав газа в весовых процентах, 21 мо-
лярный состав газа.
Вес 1 м' компонентов газа (в кг/л’):
Н2 —0,090, СО,-1,977
СО —1,250, N,- 1,251.
Состав газа в весовых процентах:
и 1П(> ________________100-50-0,090__________
* g 50-0,090 i-40-1,250 4-5-1,977 4-5-1,251“ , /0,
32
ГП-£110П-________________1С0-40-1,250______________
g 50-0,0904 40-1,250+5-1,977+5-1,251 “ ' ° ’
pP)  liii nn _____________100-5-1,977______________14. nn °z •
2	50-0,090+40-1,250+5-1,977+5-1,251	’	’
ы _ £lion-_______________11)0-5-1,25!___________яячо/
2 g u 50 0,090+40-1,250+5-1,977+5-1,251	’ z0.
Состав газа в молярных процентах:
100-50-0,090
/И) 100  	2	__
М	“ 50 • 0,090	40-1,250 5-1,977 5 • 1,251 ~
2	28	+	44 + 28

Пример. Дан состав безвлажного коксового газа:
Н2 —56,7%; СН4 —26%; О2 — 0,8; СО2 —3,0%;
СО-6,0%; ы2 — 5,0%; СтН„-2,5%.
Определить молекулярный вес сухого газа.
Вес 1 газа — 0,48, отсюда молекулярный вес
газа
22,4-0,48=10,75.
Пример. Определить молекулярный вес газа предыду-
щего . состава, если бы содержание водяных
паров в газе было равно 51,5%.
Молекулярный вес влажного газа
’	48,5-10,75 + 51,5-18	....
+1 м. г =-----1QQ-------= 14,46.
Пример. Определение веса 1 газа, его
среднего молекулярного веса, числа молей
газа в определенном объеме.
Пересчеты объема газа
Дается состав газа (в %):
Н,—54,35 СтН„ —2,38
СН4 - 24,28 О,-0,54
СО-11,13 N2 —4,21
СО2-3.11
Г. И. Дещалит
Всего
100%
33
Объем газа при 0°С и 760 мм рт. ст. — 47000 м\
Таблица 13
t
Вес газа и егр составных частей
Компоненты	Вес 1 м1 газа в кг	Вес составных.частей * в 1 м* газа в кг
Н,	0,0899	0,05
сн4	0,7154	0,174
со	1,2493	0,139
со8	1,9632	0,061
Стн„	1,2507	0,030
О.	1.4278	0,0077
N,	1,257	0.0529 1
Всего		0,5146
Средний молекулярный вес газа
М = d 22,4 = 0,5146 X 22,4 = 11,53 кг.
В 47000 м"‘ газа содержится
47000-0.5146
11,53
=2097,6 молей.
Пересчет объема газа
Дан объем газа при температуре t и давлении Р. Пере-
считать объем газа на нормальные условия (0° и 760 мм рт. ст.)
v _ Vt 273Р
0 {273 4-/) 760.
Пример. Пересчет объема влажного газа на сухой.
Температура влажного газа VM — t0, давление —Р;
V -	273	~ °
сух (273 + t) 760 ’
где С—упругость водяных паров при температуре t.
Содержание водяных паров определяется по разности
I/__I/
v о v сух. ,
X = —-------- нм31нм?.
* сух
Умножая х на 804 —вес в г 1 м* водяного пара, получим
d2[HM*=	804.
''сух
34
Подставляя Vo и VCyx в последнее выражение, получаем
</ = 804
У,273Р	I/M273(P —С)
760 (273 + О 760 (273 + t)
VM 273 (Р - С)
760 (273 + О
Переход от объема газа в рабочем состоянии (V,) к
объему сухого газа в нормальных условиях (0°С и 760 мм
рт. ст.) Уо может быть представлен следующим образом:
1/0/\ Т 760
0,804 1 273 Р
Вынося Уо за скобки и преобразуя это выражение, получим
^7760/ f \	1/0Г 760/0,804
1 273 Р \	0,804/	273 Р 0,804 )'
где у—содержание эоднных анрон * сул.»*
1 м’ сухого газа соответствует 1 + Qggjy м* влаж*
ного газа, вес которого равен (то + /);
отсюда
. — Ь + / _ (ъ + /) 0.804 .	.
»•“ .	/ “ 0,804 + / ’
1 + 0,804
. (То + /) 0.804 273 Р
1о~ 0,804 + / Г 760 *
Дан состав сухого генераторного газа (в %):
СО, - 6,40; СО - 26,60; СН< — 1,20; Н, - 10,00;
H,S —1,00; N2 —54,80.
Содержание влаги в этом газе равно 40 г/м3 сухого газа.
Определить состав рабочего (влажного) газа. •
Объем, занимаемый 40 г влаги, при нормальных усло-
виях (0°С и 760 мм рт. ст.) равен
40
1000-0,804
= 0,0497
м3 = 0,05 м*,
где 0,804 — вес 1 м3 паров Н2О в кг.
Процентное содержание составных частей во влажном
газе:
СО, = ^-^2 = 6,0952% ~ 6,10%;
100 + о
СО =	= 25,3333 % ~ 25,33 %.
100 + о
Составляя соответственные пропорции для всех остальных
составных частей газа, получим состав рабочего (влаж-
ного) газа (в %):
СО2— 6,10,
СО —25,33,
СН4— 1,14,
Н, — 9,52,
H,S- 0,95,
N2 - 52,20,
Н,О- 4,76,
Всего 100,00
ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ГАЗОВЫХ ЗАКОНОВ
Основные газовые законы
При постоянном
давлении объемы
газа при различ-
ных температурах
пропорциональны
абсолютным тем-
пературам:
Это следует из
закона Гей-Люс-
сака: если темпе-
ратура совершен-
ного газа изменя-
ется при условии,
что давление газа
остается постоян-
ным, то газ при
повышении тем-
пературы на 1° С
увеличивается в
объеме на 273 ча-
сти объема, кото-
рый занимал газ
при 0е С;
При постоян-
ной температуре
объемы газа об-
ратно пропорцио-
нальны давле-
нию:
V,: vt = Pi-Рг,
'отсюда
Pi V1 = Рг
т. е. при неиз-
менной темпера-
туре произведе-
ние объема газа
на его давление
не изменяется
для данного ко-
личества газа
Произведение
давления газа р
на его удельный
объем (1 кг), де-
ленное на абсо-
лютную темпера-
туру Т, есть пос-
тоянная величина:
Р. У, РгХ> п
Т, Т, ~ 
где R — газовая
постоянная.
Отсюда
pV = RT
для 1 кг газа.
Если имеется
не 1 кг газа с
удельным объе-
мом V лг3, а д кг
с объемом Ир то
Поэтому урав-
нение
Общее давле-
ние смеси р рав-
но сумме давле-
ний отдельных
газов(парциаль-
ных давлений;
P = Pi + p/+Pb
после подстанов-
ки вместо V
Vi
9
обратиться в
pVi RgT —
уравнение сос-
тояния газа
36
Показатели, характеризующие некоторые газы
Газы _ 		Числовые величины, характеризующие газы					Теплоемкость в кал!м* при 0° С и 760 мм		Газовая постоян- ная R	Удель- ный объ- ем при 0°С и 760 мм в
	* Число атомов в молекуле	Молеку- лярный вес	Удельный вес(вес 1л? при 0° С и 760 мм) в кг!м*	Теплоемкость в кал!к г					
				< ср	Сг,	ср	с„		
Водород Н2 		2	2,016 •	0.0S99	3,41	2,42			420,0	11,2
Кислород О2		2	32	1,429	0,247	0,155			26,5	0,700
						0,307	0,218		
Азот Na 		2	28,08	1,254	0.247	0,176			30,2	0,799
Окись углерода СО ... .	- 2	28	1,250	0,242	0,172			30,25	0,800
Двуокись углерода СО3 . .	3	44	1,955	0,21	0,16	0,393	0,304	19,25	0,506
Воздух		——	(28,35)	1,293	0,238	0,170	0,307	0,218	29,27	0,773
Водяной пар Н2Э ....	3	18,016	0,804	0,48	0,37	0,386	0,297	47,1	1,246
Двуокись серы SO2 ....	3 ‘	64*	2,861 '	0,15	0,12	0,429	0,342	18,2	0,348 '
Аммиак NH3		4	17	0,761	0,53	0,41	0,396	0,305	40,6	1,314
Метан СН<		5 •	16	0,717	0,59	0,46	0,424	0,334	52,9	1,395
Этилен С2ГЦ		6	28	1,252	0,40	0,30	0,43	|	0,35	30.25 -	0,800
Газовая постоянная /? имеет неодинаковые величины для
разных газов; если взять за количество газа g столько ки-
лограммов, сколько единиц в молекулярном весе, т. е. т
килограммов, то произведение Rm для всех газоз имеет од-
но и то же значение — 848. Поэтому общее уравнение со-
стояния для всех газов имеет следующий вид:
pv — 848 Г;
здесь v — объем 1 кг/мол в л3, равный 22,4 л’ для двух-
атомных газов; р — давление в кг/м*.
I. РАСЧЕТЫ, ОТНОСЯЩИЕСЯ К ВСТУПЛЕНИЮ
1. Дан рабочий состав топлива:
Ср, Нр, N₽, Ор; Sp6m. при Гр и Ар.
Пересчитать рабочий состав топлива по элементам его
на состав его органической, горючей и сухой массы.
100
100 — uzp
100
100
Нс ___ НР ________
100 — W'1' ’
100
100 - Ар - IFp
100
ЦГ -2- l_jp 
1U0 —А1’— U'/l”
100
100 —Ар — UZP-SP
Н° = Нр
п п 100—Ар—UZ"—S'1
oc — op_——
u u 100-U7P’
or=op_____—~------
100—Ap — Й7Р’
„„	100
100
100-
100
cr--ср______________
100 — Ap — Wp '
100
Nr = Np__________
100 —Ap —W,p’
100
v 100 — Ap — UZP —Sp’
Nc = np__——
1	100 — Wp ’
№ = Np
1 1N 100—Ap—IFP —Sp-
♦
Результаты пересчетов могут быть представлены в ‘виде
таблицы 15.
2.	Определение теплотворной способности твердого топ-
лива путем подсчета может быть произведено-
а)	по данным элементарного анализа;
б)	по количеству воздуха, необходимого для горения;
в)	по данным технического анализа.
Для подсчета теплотворной способности твердого и жид-
кого топлива по элементарному составу пользуются форму-
лой Д. И. Менделеева:
QPH = 81СР 300//р — 26 (Ор — Sp) — 6 i9Hp + №р) ккал/кг,
Qp = 81С₽ 4- 300ttp — 26 (Ор - Sp) ккал1кг.
39
Таблица 15
Расчеты, связанные с переводом одного вида массы топлива
в другой
Заданная масса топлива	Масса топлива, на которую делается пересчет «			
	рабочая, р	сухая, с	горючая, г	органическая, о
% Рабочая, Р Сухая, с Горючая, г Органи- ческая, о|	1 100— IVP	_ 100 100 — 1 100 — Ас	100	100
			100-<Д1’+^р) 100	|l00-(Ap4-WfP+ 1	+ sp) 100
	100 100 — (АР + W/P)		100 —Ас 1 100 —sr 100	100 - (Хс4-Лс) 100
	100 100—(SP-PAP-4-W'P) 100	100 100-(SC+4C) 100		100 —SP 1
Эта формула, как и некоторые другие, подобные ей, состав-
лена на основании того положения, что каждому элементу
топлива соответствует своя теплотворная способность, кото-
рая в сумме с другими приводит к общей теплотворной спо-
собности топлива.
Потребность в воздухе L& [12] для твердых топлив под-
считывается по следующей формуле:
/С х Н_О S\ 22,4
Н \12'4	100' ’
/С । м	°_ - S\22,4
\ 3 1 Н	8 ' 8/ 400 ’4’76
= (-S Н —-г о-) 0,2666 воздуха/кг.
\ о	О О /
Например, если состав каменного угля таков (в %):
= 4,5; Ср = 80,0; Нр = 4,5; Ор - 7,0; Sp = 1Д
то на каждый килограмм такого угля требуется воздуха
£„ = 0,2666
о	\ 3
= 8,11 нм.3 еоздуха/кг каменного угля.
Бертье [11] по минимально потребному количеству воз-
духа для сгорания твердых топлив была предложена фор-
мула, с помощью которой может быть определена их тепло-
творная способность:

40
где L& — количество воздуха, необходимое для полноты
горения, в м*/кг;
f—фактор или коэффициент пропорциональности.
Для / могут быть приняты следующие значения [12]:
металлургический кокс — 921, антрацит — 950, кокс газоге-
нераторный — 933, каменный уголь — 948 бурый уголь — 975,
торф — 1050.
3.	Определим теплотворную способность газообразного
топлива, например генераторного газа.
Принимаем состав газа следующим (в %)’
СОа— 6,10	H2S— 0,95
СО - 25,33	N, — 52,20
СН4— 1,14	Н2О — 4.56
Н, — 9,52
Всего
100,00
Учитывая, что горючими составными частями газа яв-
ляются СО, СН4, Нг и H2S, переводя процентное содержание
их в объемные единицы (считая на 1 ж3 газа) и умножая на
соответствующие теплотворные способности, определяем низ-
шую теплотворную способность генераторного газа указан-
ного состава-
СО — 0,2533-3034 = 768,5 кал
С Н4 — 0,0114-8560 = 97,6 ,
Н2 — 0,0952-2570 = 244.7 .
HtS — 0,0095-5626 — 53,4 ,
1164,2 кал1-м*.
4.	Принимая вышеуказанный состав генераторного газа,
рассчитать количество необходимого для горения воздуха,
состав, количество продуктов горения, получаемых при горе-
нии 1 At3 генераторного газа (принять избыток воздуха 1,15)•
Расход кислорода для горения (в м3):
СО — 0,2533-0,5 - 0,12665 О2
С Н4 — 0,0114 - 2,0 = 0,0^28 .
Н, — 0,0952-0,5 = 0,0476 .
HjS -0,0095-1,5 = 0,01425 .
2=0,2113 Оа
Отсюда теоретический расход воздуха равен
0,2113-4,7621 = 1,006 м3/м\
Расход воздуха с избытком 1,15 равен
1,006X145 = 1,16 м?/м3.
1 Множитель 4,762 представляет собой отношение 100:21 (21-про-
центное содержание кислорода в воздухе}.
41
Для определения количества и состава продуктов горе-
ния составляем следующую таблицу расчетных данных.
Таблица 16
Количество компонентов продуктов горения
Состав генератор- ного газа в °/0	Реакции горения отдельных компо-	Состав продуктов горения				
		СО2	Н,0	SO,	N,	о,
	нснтоп газа					
COi-6,10		0,0610		—	—	—
СО-25,33	1 со+^о,=со2	0,2533	1	—	—	—
СН4—1.14	СН.+ЗОг-СОг+гН,©,	0,0114	10,0228			—
Н2—9,52	1 Но4" “2 Oj-> НгО	—	0,0952	—	—	—
Ni-52,20	 	—-	 	 	0,522	
HaS-0,95	H3S+1,5O2^H.O4-SO,	—	0,0095	0,0095	—	
Н ,0—4,76 Теоретический расход воздуха	  	“ —	0,0476	111		
1,006 0,79 Избыточный воз-	—	—		'  	0,7944	—
Дух	 —1 *		—	—	0,120	0,032
Всего 1 в м* п с е г ° 1 в %		0,3257	0,1751	0,0095	1,4364	0,032
		16,45	8.84	0,47	72,64	1.&
Рассчитать количество воздуха, необходимого для горе-
ния 1 ж3 газа (состав газа указан выше), избыток воз-
духа — 20% (а =1,2).
Горючие составляющие (в %):
СО —25,33, СН4- 1,14,
Н,- 9,52, H3S — 0,95.
Расход кислорода для горения:
СО — 0,2533 0,5 = 0,12665 м* О,
СН4- 0,0114 2,0 = 0,0228 . О,
Ht — 0,0952 • 0,5 - 0,0476 . Oi
Н2 — 0,0095 -1,5 = 0,01425 „ О2
Итого 0,2113 ж3 О,
1 Сгорание углеводородов может быть в общем виде представлено
следующим уравнением:
СцНщ 4" 'Ь j 01 •* лСОа -J" j'HjO.
42
Отсюда расход воздуха .равен
0,2113-4,762 = 1 .ООбм’/лг’;
расход воздуха с избытком в 20% —
1,006-1,2=1,2072 ж3/ж‘.
л
5.	Рассчитать состав и количество продуктов горения,,
получаемых при горении 1 м1 генераторного газа с избыт-
ком воздуха 1,2.	<	1
Таблица 17
Состав исходного газа и продуктов горения
Состав генера- торного газа В °/о	Состав продуктов горения					
	СО2	н2о	SO,	N,	О,	Всего
СО,— 6,10	0,0610	- -	 —		1.^	0,0610
СО —25,33	0,2533	—		 		0,2533
СН,— 1,14	0,0114	0,0228	—	4	—	0,0342
Н,— 9,52		0,0952	—	—	—	0,0952
0,95		0,0095	0,0095		— 	0.0190
N2—52.20	— —			0,522		0,5220
HtO— 4,76 Теоретический	—	0,0476	—	—	—  —	0,0476
воздух . . . Избыточный		—	—	0,7947	 	0.7947
воздух . . .	" 	—  -		0,1589	0,0423	0,2012
Мтлгл J В -*3	0,3257	0,1751	0,0095	1,4756	0,0423	2.0282
Итого | В «/о	16,059	8,633 ।	0,468.	72,751	_ 2,086	100,00
Дан газ следующего состава:
СО, —7,4%; О, — 0,3%; СО —26,4%;
СН, —0,6%; N, — 52,2%; Н,-13,1%.
Теоретически потребное количество кислорода:
для сжигания газа — 20,7 м*,
воздуха — 98,6 м*.
Теоретический состав продуктов горения:
7,4 м3 СО, из газа	|
27,0 м* СО, от сгорания СО/
52,2 .w3N, из газа
77,9 jc’N, из воздуха
164,5 лс3
водяных паров—14,3 ж®.
Общее количество влажных продуктов горения —178,8 х3.
130,1N,
43-
Содержание СО, в сухих продуктах горения равно
44 4
-Ж5-1°О = 2°'90”-
G. На основании полученных данных можно составить диа-
грамму (рис. 2) для определения состава продуктов горения
при любом коэффициенте избытка воздуха в пределах а=1
И а = 2 (ОТ а = 1 до а = 2) [13].
со.,
С атеpjfccлие 6 ах*х
1	\7
вб'еа^ы.' v/iarw
—-------	it
ЛИ Ot'&W. *ВНЛЩ/
и
Я? wertf,
Л9 ебЪлк чаем 4
Цэаб'ен vtrcMSf
——Л
#Зо6Ъгн
ЯраР&ннхт
/гз &хз}хпу*
jiftfow war. nt
"~п
^uatpanntr /п npeyvJcmoS премия
Рис. 2.
Ha горизонтальной оси прямоугольных координат откла-
дываем в масштабе принимаемые коэффициенты избытка
воздуха. Из точки на горизонтальной оси, соответствующей
коэффициенту избытка а = 1, восстанавливаем перпендику-
ляр и на нем наносим точки, соответствующие 34,4 ж3 СО,
и 52,2 ж3 Na поскольку они не зависят от избытка воздуха.
” Далее на указанном перпендикуляре последовательно
наносим точку и получаем отрезок, соответствующий 77,9 ж3
N,. поступившего из воздуха, и 14,3 .и3 водяных пароз —
продуктов горения.
Для коэффициента избытка воздуха, равного 2, мы дол-
жны нанести еще отрезки, соответствующие 77,9 л3 N, и
20,7 ж3 О,; помимо этого, наносим отрезок, соответствую-
щий 14,3 ж3 водяных паров в продуктах горения.
44
Таким образом, на вертикальной линии, восстановленной
из точки, соответствующей а = 2. над линией СД, мы дол-
жны иметь отрезки 2 X 77.9 N2 м3; 20,7 м3 Ов и 14,3 м3 Н>О.
Линия, проходящая через точки А и В, пройдет и через
точку С.
Содержание СО, в сухих продуктах горения для раз-
личных коэффициентов избытка воздуха подсчитывается
путем деления величины, соответствующей отрезку EF, на EG.
Например, если содержание СО2 в продуктах горения
будет равно 18,0% (считая на сухие продукты горения), то,
как видно из диаграммы, в этом случае коэффициент из-
бытка воздуха будет равен 1,25, количество сухих продук-
тов горения—191 л/3, влажных продуктов горения — 250 х3,
в том числе:
СО2 — 34 м3,
N., —151 м\
О,— 6 л3.
4*
7. Приводим расчеты, относящиеся к газам, содержащим
водяные пары.
Уравнение состояния для любого весового количества газа
может быть выражено следующим образом:
Pv=gRl\
где v означает объем газа, вес которого равен g.
Если выразить давление в ке/лг2, при 735 мм рт. ст., то
уравнение состояния примет вид
10000-24,421	(273+ 15), т. е. /? = —,
\ тп
где т означает химический молекулярный вес для простых
газов и средний молекулярный вес для смеси газов.
Выражение д/7я общего газового состояния может быть
распространено и па водяной пар; тогда будем иметь
= _848__ = 4
*	18,016	’
Принимаем следующие обозначения:
gnap — вес пара В кг,
— объем пара в л3,
Рпар макс — максимальное давление пара в^кг/л1,
Р = фР
2 пар — т2 пар макс
_ Т 47,1 _
^пар ^газ ^см /Гпар’ m
hl пар макс
848
	(Лм-?РВар макс) ’
1 24.42 — объем, занимаемый 1 молем газа при давлении
рт. столба и температуре 15°С.
(1)
735,5 лея
45
затем = — ?Л"аР-“а1и: _ 18
gras см ~ пар макс
(2)
откуда TPnap макс =	Ъ'	С3 >
ьгаз Ю gnap

Содержание водяного пара в 1 м3 сухого газа (при 15°
и 735,5 мм рт. ст.)
Y = gn^m- 40,85 г/м3.	(4)
£ газ
Содержание водяного пара в 1 м3 сухого газа (при 0°
и 760 мм рт. ст.)
1' = £"’₽ т 44,65 г/м3. ....	(5)
Таблица 18
Показатели, характеризующие насыщенный водяной пар
Температура в ''С	Давление (<	Насыщенный водяной пар		
		1бсолютное;	Объем 1 кг па-^ ра в м*!кг	Вес 1 лс* пара в кг!м*
	в кг)м*	в мм рт. ст.		
0	63	4,60	204,97	0,00488
“Ь 5	89	6,53	146,93	0,00681
10	125	9,17	106,62	0,00938
15	173	12,7	78,23	0,01278
20	236	17.5	58,15	0,01720
25	320	23,6	43,67	0,02290
30	429	31,8	33,13	0,03018
35	569	41,8	25,39	0,03938
40	747	54,9	19,65	0,05089
45	971	71.4	15,35	0,06516
. 50	1250	92,0	12.09	0,08271
55	1600	117,5	9,607	0.10409
60	2020	148,8	7,695	0.12996
65	2540	186,9	6,211	0,16100
70	3170	233.1	5,050	0.19800
75	3920	288,5	4,135	0,2418
80	4820	354,6	3.409	0,2934
85	5890	433,0	2,827	0,3537
90	7140	525,4	2,309 '	0.4239 v
95	8620	633,7	1,980	0.5051
100	10330	760,0	1,670	V " ь- »оо 1 ю &
46
Таблица 19
Содержание водяных паров во влажном rase при давлении 1 ат
(735,5 мм рт. ст )
Тем-	Максималь-	Содержание водяного пара (			Содержание водяного пара		
пера-	ное давле-	в 1 м* влажного газа в г/м*			во влажном газе		в г/кг
туРЛ	ние пара в						
	мм рт. ст.	9= 1.0	Ф—0,5	у=0,25		«0,5	ср «0,25
0	4.58	4,9	2,5	1.2	3,9	2.0	09
10	9,21	9,4	4,7	2,4	7,8	3,9	’	19
20	17,5	17,3	8,6	4,3	15,0	7.5	37
•30	31,8	30,3	15,2	7,6	28.1	13,7	68
.40	54.9	50.7	25.4	12,7	50.1	24.1	11 8
50	92,0	82,3	41.2	20,6	89	41,5	20 1
50	.149	129	64.5	32.3	158	70	33.2
70	233	196	98,0	49.0	288	177	535
30	355	291	146	730	580	197	85 4
90	525	418	209	105	1555	145	135*
99.1		502	286	143			
120		542	271	136			
140		515	258	129			
160		491	246	123			
180		469	234	117		9	•
200		449	224	112			
225 250	• 735,5 \ —	427 407	213 204	104 102	. оо	622	207
300		371	186	93			
400		316	158	79			
500		275	138	' 69			
600		244	122	61			
800		198	99	50			
1AV				4?	1		
Исходя из содержания водяных паров в газе по выходе
его из газогенератора (кг/нм3) и давления газа перед
холодильником (скруббером) в мм рт. ст., определить точку
росы газа. Показать, что точка росы может быть определейа
по формуле
р =____________
в’" +1
^н2о
мм рт. ст.
Из закона Дальтона следует, что
^В. п
^общ
т. е. отношение давления водяных паров к общему давлению
47
Таблица 20
Содержание водяного пара в граммах на 1 л3 сухого газа
(0°,760 мм рт. ст.) в зависимости от температуры насыщения газа
Тем- пера- тура в	Количе- ство во- дяного пара	Темпера- тура в °C	Количе- ство во- дяного пара	Темпера- тура в °C	Количе- ство во- дяного пара	Темпера- тура в °C	Количе- ство во- дяного пара
0	4.9	26	27.6	52	125	78	60«
1	5,2	оу	29,3	53	132	79	654
2	5,6	28	31,1	54	140	80	705
3	6,1	29	33,1	55	148	81	761
4	6,5	30	35,1	56	*	156	82	825
-	7.0	31	37,3	57	166	83	896
6	7.5	32	39,6	58	175	84	976
7	8,0	33	42,0	59	186	85	1070
8	8,6	34	44,5	60	197	86	’	1170
9	9.2	35	47,3	61	208	87	. 1290
10	9.9	36	50,1	62	221	88	1440
11	10,5	37	53,1	63	234	89	1600
12	11.3	38	56,2	64	248	90	1800
13	12,1	39	59,6	65	263	91	2000
14	12,9	40	63,1	66	280	92	2360
15	13.8	41	66,8	67	297	93	2760
/6	14,7	42	70.8	68	315	94	3290
17	15.7	43	74,9	69	335	95	4040
18	16.7	44	79,3	70 ’ "	357	96;	г 5160
19	17,8	45	84,0	71	380	97	7040
20	19,0	46	88.8	72	405	98	10800
21	20,1	47	94,0	73	432	99	22000
22	215	48	99,5	74	461	100	оо
23	22,9	49	106,0	75	493		
21	24.4	50	111,0	76	528		
2 5	16,0	51	118,0	77	566		
равно отношению объема водяных паров к общему объему.
Отсюда
.. _	0.804	^Н2О .
г'обш	Ян2О	0,804 + е н2о
1 “Года
По упругости водяных паров в газе можно определить
точку росы.
8. Рассмотрим примерные расчеты [14].	.. .
Требуется определить, сколько граммов водяного пара со-
держит 1 л? смеси доменного газа и водяного пара, если эта
смесь находится под давлением 120 мм вод. ст. выше атмо-
сферного, имеет температуру 300 и -степень насыщения во
дяным паром ср = 0,5.
48
Из уравнения 1 нжееМ:
?5!Р =3 ср	г ’ Т  = 0,188 кг . 188 г/М'.
тсм /47,1	573-47,1
В 1 ж3 этой смеси содержится следующее количество газа:
(10120-0,5^0120)^^
gras	ем~ пар макс
vc*	Г-848 "	’	573-848
где 29,4*— молекулярный вес доменного газа.
Эта смесь будет в состоянии полного насыщения при сле-
дующей температуре.
Парциальное давление-пара
0,5 * 10120 = 5060 кг/м*.
Из таблицы 18 имеем, что температура насыщения составляет
82°; это и будет искомая температура.
В газогенераторе на 1 кг угля расходуется 2.75 л<3 воздуха
(15°, 735,5 мм рт. ст.) и 300 г водяного пара. Если принять
атмосферное давление равным 750 мм рт. ст,, то это составит
7„ 10000 1ПОПП
750	== Ю200 мм вод. ст.; если давление в газогенера-
торе 200 мм вод. ст. выше атмосферного, то абсолютное дав-
ление составит 10400 мм. Отсюда можно определить темпе-
ратуру паровоздушной смеси:
О 74 • 24.42
2,75 = нх-а=.. вес воздуха;
2,75-28,95 о ас и,
отсюда вес воздуха = -	;г.?— = о,2окг,
24,42
(28,95 — молекулярный вес воздуха).
Из уравнения (3) имеем:
0,3-28,95-10400 _ , _, .,
оа . 1 е 1Л9ооо; 1340 кг/М .
Тумаке —
При ф = 1
^пар макс 1340 KZjM^,	/
отсюда по таблице 18 имеем 51,5.
В газогенераторе газифицируется бурый уголь, теплотвор
ная способность которого равна 2000 ккал!кг, содержание
влаги в угле — 0,55 кг/кг топлива; пар вводится в количе-
стве 0,20 кг на 1 кг угля.
Содержание водяного пара в газе (считая на количестве,
газа, полученного из 1 кг угля — 1,39 м? сухого газа) —
0.75 кг, средний молекулярный вес газа — 26,32.
I on _	24-42
’	26,32’
отсюда вес газа равен 1,5 кг.
4; И. Дешмвт
49
Барометрическое давление — 750 мм рт. ст. (10 200 мм
вод. ст.), давление газа сверх атмосферного 10 мм т. е. абсо-
лютное давление газа 10210 мм.
Имея эти данные, мы можем установить температуру,
ниже которой может происходить конденсация водяного пара
из газа.
Из уравнения 3 имеем:
п.ф Макс
0,75-26,32-10210
1,5-18 + 0,75-26,3
4315 кг/м\
Но таблице 18 находим, что искомая температура должна
быть 77°.
Объем, занимаемый влажным газом, полученным из 1 кг
бурого угля (см. предыдущий пример), при температуре 83°
будет следующим:
0,75 (273 + 83)	= 2,92 л3.
Рассмотрим еще несколько примеров.
Принимая условия, приведенные выше, рассчитать, какое
количество водяного пара останется в газе, если газ охла-
дить до 20\ Газ насытится водяным паром при 20°, т. е.
<р = 1.
По таблице 18 находим, что
Рпэр макс” 236 кг/м2,
отсюда по уравнению (2) имеем;»?	'
—	1*236	— 0 0162
gra3 10210— 1236 26,3 ~~U,U1DZ с’ .
или 16,2 г водяного пара па 1 кг газа. В случае сухого газа
при 15° и 735,5 мм рт. ст. это составит
0,0162-26,3- 40.85 = 17,4 г,
в случае сухого газа при 0° и 760 мм рт. ст. —
0,0162-26.3-44,65 = 19 г/л3.
Газовый двигатель потребляет на 1 л. с. в час 0,82 м*
газа при давлении 745 мм рт. ст. и температуре 20°. Вычис-
лить объем этого газа при 0°С и 760 мм давления:
р, _ 745 . Г2 _ 273 _ 273
р, “760 ’ Тх “273+20“ 293’
__ 745 273 ,	_ ... л
* “ 760 293 ‘°’82 0,74J М
50
Газгольдер объема t>=100x3 наполнен светильным газом,
для которого /? = 70. Найти вес газа в газгольдере, если
/ = 20°С, В = 750 мм рт. ст. и показание манометра на газ-
гольдере Л/=100 мм НаО:
RT 70-293
v = 1	Р	757,3* '
7 I)	10000- узд
. Вес газа равен 100 7.
Как изменится показание манометра на воздушном бал-
лоне, если температура изменится с/1=15° до/2=27°С?
Начальное показание рх — 17 атпм.
По характеристическому уравнению при v const
Л
отсюда
7, _ 273 - 27
Р1ТХ~ 273+15
(17 4- 1,0) = 15,36 атм;
по манометру
Ры — pt -- 1,0 = 15,36 — 1,0 — 14,36 атм.
Определить газовую постоянную R для О2 и Н2, зная,
что при 0° и В = 760 мм рт. ст.
« ‘	7водород == 0,09, кг]м и Тккс.юрод_= 1,429 кг/м1.
Газовая постоянная R имеет измерение кгм/°С., pR — 848,
. где р. — молекулярный вес газа.
34,75 .
’	R ’
отсюда R для водорода равно
R. для
кислорода
34,75 34,75
,Г ~ 0.V9
382,6;
34,75
1,429
Вычислить газовую постоянную для воздуха. При 0° и
760 мм рт. ст. Твоэжуха = 1,293 кг/н*, поэтому удельный объем,
т. е. объем 4 кг газа, будет
т>0 =
отсюда
о = 10330 4сг/м’;
0,774-10330	27
273
51
В газовый мотор доставляется рабочая взрывчатая смесь,
состоящая по объему из 1 части газа и <8 частей воздуха
удельный вес которого т = 1,293 кг/л*. Газ состоит из сле-
дующих составных частей:
СО — 7%, удельный вес 1,25, R = 30,25,
Н, -48%,	,	0,0899,	/? = 420,
СН4 —40%,	,	0,717,	Я = 528,	•
Na — 5%,	.	1,251,	/? = 30,2.
Найти газовую постоянную смеси.
я
Вес воздуха -д--1,293	=- 1,1493 кг
1
, СО -5--0,07-1,250 = 0,0097 кг
. н2 0,48 0,0899= 0,0048 кг
1 •
СН4	р0,40-0,717 =0,0319 кг
I
я N, 0--0.05-1,251 =0.0070 кг
«иг
Смесь 1 м*	y =• 1,2027 кг/м9.
Газовая постоянная для g кг смеси
R = Y (RtK, +	+	-^7(29,27-1,1493+
4-30,25 • 0,0097 4420 • 0,0048 4-52,8 • 0,0319 4- 30,2 • 0,0070)= 31,5.
Найти удельный объем СН4 для нормальных технических
условий, зная, что А? = 52,9:
RT 52,9-27.
v ~ Р “ 10000
1,44 м*!кг.
Смешиваются три потока дымовых газов:
v, = 120 мг 71 = 250°С
v2=100„	/2 = 200 „ 
г>3= 50 , /3 = 400
К этой смеси при /4 —17°С примешивается наружный
воздух в таком количестве, что после смешения получаем
/ = 220°. Определить количество добавляемого воздуха. (Для
газов 7? = 27,2; Ср = 0,29 кал/«г°С).
Температура смешиваемых газов без воздуха
1204-100 4-50	_„.о
120	100	50
523 + 473 + 673
52
Эти газы по условию смешиваются с воздухом так, что
7 = 220 + 273 = 493°.
97П 0*29 I v . 0,238
493	—	29,26'	1
270 X 0,29	0,238
524 X 27,2 + V’ 290 X 29,26
поэтому v — 29,85 .и3.
Два сосуда со сжатым воздухом соединяются между
собоАГ. Найти давление, которое получится после смешения.
Pi = 80 атм, Р, = 15 а/тш,
vx = 600 л, = 800 л,
Рх 1,4 = 80-0,6+ 0,15-0,8,
Н. ПОЛУЧЕНИЕ ВОЗДУШНОГО
ГЕНЕРАТОРНОГО ГАЗА
I Расчету состава воздушного генераторного газа пред-
посылаем следующие данные.
В газогенераторе протекают такие реакции-
С + О2 -> СО, 4~ ккал,
2С + О2 -> 2СО + ?, w
2СО + О, ->2СО,-Ь<7з	.
СО.4-С 5=±2СО-<74	„
Основной является реакция
СО, 4" С 2СО — ккал,
константа равновесия которой
Поскольку получающийся газ состоит из двух компонен-
тов — СОо и СО, то
Так как
то
Принимая 1g Кр = 3,26730 - 8-829'69 — 0,001208714 Г +
0,153734-10~6 Л4-2,295433 !g Т, мы можем получить
54
следующие значения для Игп (в %), при давлении в одну
физическую атмосферу. '	’	^7
При температуре 400° — 0,89
.	.	500°— 6,53
,	,	600° —	26,43
.	,	700° —	63.00
. t „	800° —	89,51
.	.	Л	900е —	97,51
1000° — 99,64
Пользуясь приведенными цифрами, можно получить кри-
вую (рис. 3), заимствованную нами из книги Гумца [7]. Эта
кривая позволяет установить следующее. .
При температуре 700° газ со-
стоит и^бЗ;% СО и 37% СО2; ес-
ли предположить см?сь, состоя-
щую из 30% СО и 70% СО2, то
"Ъри той же температуре (точка
А на рис. 3) должна наблюдать-
ся тенденция к повышению со-
держания СО и потому ^должна
протекать реакция СО2-НС^±2СО.
Если температура газовой сме-
си, находящейся в равновесии
(точка В на рис. 3), возрастет до
900°С (точка С), то система не
будет больше находиться в рав-
новесии и реакция будет протс*
кать до тех пор, пока не достиг-
нет точки Д (95,11% СО). Одна-
ко если температура будет снижаться до 500°С от точки Е,
то реакция.
2СО = С + СО,
должна протекать до тех пор. пока состав смеси не будез
таким:
6,53% СО 4-93,47% СО, (точка В),
При получении воздушного генераторного газа вместе
с кислородом вводится и азот. Тогда

р
со2
и
^СО + ^СО, +.®N, — 1 •
Далее будем иметь:
0,21 PCO~^PCO,
0,79 ~
N,
55
Из этого уравнения
.	0,79 _ _	0,79
т’со2 ' г'со 0,21 °’°г’со	0,21	~
1 - ®СО ~ <°’79/°121) °>5 ^СО -	'
 ______- - ____,  - - - -
. . 0.79
Г 0,21 ’
1-г»со[1+(0,79/0,21) 0,5] АрР->
®co)’	I + CL 79/0,2*1	;
1 + 9.'7.9. о 5
, л V* fcn_, 0-21	1
СО . , 0,79 со . . 0,79
1 Ь 6J1	1 ’' 0JT
= О,2ИРР-' - 0,605г-соКрР"Ь
(т'со)’ -г 0,605Крр--! гс() - 0,21 К9Р= 0.
Отсюда
•усо==—0,3025КрР-‘ i K(0.3025fepP *)’-t-0,2lKpPL|;
т’гл —0.21 —0,605 v 
v*</2	LA J
с= I -7J	-7J
n8 1 со ч:о2-
Результаты подсчета приводятся в таблице 21.
Таблица 21
Теоретический состав воздушного газа при газификации углерода
с помощью сухого воздуха
Темпера-	Содержание в % —			Отношение СО	Отношение СО
тура в °C	СО	СО,	N. ! 1	СО + со,	СО,
ЗЕО	0.12	20,93	78.95	0,00	0,00
400	0,41	20,75	78 84	0,02	0,02
450	1.18	20,39	78,43	0.05	Ц06
500	2,90	19,24	77,86	0,13	0,15
550	6,21	17,24	76,65	0,27	0,36
600	11,52	14,03	74.45	0,45	0,82
650	18,34	9,91	71.75	0,65	•1,85
700	25,05	5,84	69,11	0,81	4.28
750	29,82	2.96	67,22	0.90	10,07
800	32,00	1,64	66,36	0,95	19,51
850	33,66	0.64	65,70	0.98	52.59
900	34,21	0.30	65,49	0,99	114,03
1000	34,58	0,08	65.34	0,998	432,25
1100	34,66	(>,03	65.31	0.999	1155,3'3
1500	34,71	0,00	65,29		
56
Переходя к расчету состава воздушного генераторного
газа, получающегося в производственных условиях, остано-
вимся вкратце на общей характеристике^метода_газификаци^
с получением жидких шлаков^
Для газификации с получением шлаков в жидком виде
можно применять низкосортное топливо с весьма высокой
зольностью; при этом образуются ценные побочные продук-
ты'^-цемент, сырые материалы для получения цемента, чу-
гуна, специальных сортов железа (ферросилиция) и проч.
Однако газогенераторы, работающие на жидких шлаках,
не получили большого распространения вследствие низкого
к.п.д., низкой калорийности газа и проч.	—*
2.	Приводим примерный расчет получения воздушного ге-
нераторного газа.
В качестве газифицируемого топлива принимается антра-
цит марки AM со следующими показателями (в %):
а)	по техническому анализу:
Ар—12,0, U7p —7,0,
5'6и- 1,67,' 1/р—1,5,
*орби-1.5;
б)	по элементарному составу в пересчете на условную
органическую .массу:
С° - 90,0, Н° — 3.07.
О°- 1,71, №-1.69.
Тогда состав антрацита в случае рабочего топлива будс,
следующим;
Ср = Со100 “ И7₽ ~ Л₽ ~	= 90 100—12,0 — 7,0 — 1.5 =.
.	100	ТОО
= 71,5%;
Н₽ = 3,07-0,795 = 2,44%;
О₽ = 1,71-0,795 =1,35%,
S₽ = К.67	1,57%;
Np = 1,69-0,794=1,3%.
В качестве флюса при получении воздушного генератор-
ного газа с'жидким шлакоудалением используется известняк;
флюс добавляется для понижения температуры плавления
золы топлива, а также для того, чтобы получить невязкие и
легко подвижные шлаки.
Особенностью расчета в данном случае является опреде-
ление необходимого количества флюса. Для этого восполь-
зуемся данными приведенными в таблице 22.
57
Таблица 22
Данные, полученные в результате анализов золы антрацита и
известняка [15]
Компоненты *	SiOj	А1,О3	Fe2Os	СаО	MgO	К.0 *	Na,0
Зола антрацита ....	54,33	31,94	7,22	2,06	0,25	1,44	1.04
Известняк 		1,73	0,93	0,80	52,20	1,48	—	—
Принимаем, что компоненты золы антрацита и известняка
состоят только из S1O2. А12О31 СаО.
Тогда буд°м иметь:
Т а б л и ц а 22а
Компоненты	. SiO,	А12О3	СаО
Зола антрацита .	61,5	36,1	2,4
Известняк ....	3.1	1,6	95,3
Пользуясь данными, приводимыми Н. А. Костылевым [15],
для получения подвижного шлака необходимо вводить 12%
известняка.
Следовательно, газогенератор с жидким шлакоудалением
должен работать на смеси из 88% антрацита и 12% изве-
стняка.
В дальнейшем расчет состава генераторного газа опреде-
ляется следующим образом.
Водяные пары
Количество водяных паров, образующихся в зоне нагрева
топлива без доступа воздуха, при условии, что в воду пере-
ходит 50% всего кислорода топлива:
I
1,35 : 32 = 0,04 кг-мол,
0,04 : 2 = 0,02 кг-мол.
Количество водорода, идущее на образование:
пирогенной воды
0,02 • 2 — 0,04 кг-мол,
вбды, содержащейся в топливе,
7 : 18 = 0,4 кг-мол.
58
Общее количество водяных паров:
0,04 + 0,4 = 0,44 кг-мол, или 9,89 л3.
Двуокись углерода
Принимаем, что в зоне «нагрева без доступа воздуха в
СО2 переходит 10% кислорода, т. е.
0,04 0,1=0,004 кг-мол, или 0,089 л3.
Метан
В СН4 переходит 20% водорода, т. е.
1,22 • 0,2 = 0,244 кг-мол.
Углерода пойдет на образование СН4
0,244:2=0,122 кг-мол, или 2,5 м3.
Столько же образуется СН4.
Этилен
В зоне нагрева без доступа воздуха в C2H5 переходит 3%
водорода, т. е.
1,22-0,03=0,036 кг-мол.
Такое же количество «будет расходоваться углерода; об-
разуется 0,036 кг-мол С2Н4.
Сероводород
80% серы переходит в газ «в виде H2S:
1,39:32=0,043 кг-мол;
0,043X0,8=0,0344 кг-мол.
Расход водорода на образование H2S будет также — 0,0344
кг-мол, количество образующейся НгЗ — 0,0344 кг-мол. Об-
щий расход водорода составит
0,04+0,244+0£8<+ 0,0344—0,344 - 0,35 кг-мол,
переходит водорода в газ
1,27—0,35 = 0,92 кг-мол.
Общий расход кислорода
0,02 + 0,004=0,024 кг-мол.
Поэтому на образование собственно генераторного газа кис-
лорода будет расходоваться
0,04—0,024=0,016 кг-мол.
59
Этот остаток кислорода пойдет на образование СО; углерода
для образования этого 'Количества СО будет расходоваться
0,016 • 2 = 0,032 кг-мол;
СО будет образовываться 0,032 кг-мол.
Количество углерода, содержащегося в воле ('принимаем,
что в золе содержится 8% углерода и что зольность угля
составляет 12%),:
12-0,08=0,96 кг,
или
0,96:12 = 0,08 кг-мол.
Общий расход углерода
0,004 4- 0,122 + 0,0^6 + 0,032 4- 0,08=0,274 кг-мол;
С'<"
количество* углерода, остающ’егося после зоны нагрева без
доступа воздуха:
62,04:12 = 5,17 кг-мол,
5,17—0,274=4,896 кг-мол.
Это количество углерода пойдет на образование СО и СО2
в зоне газификации.
Весь азот топлива перейдет в газ, т. е.
0,33 : 28 = 0,012 кг-мол.
Количество СО2, выделяющееся из известняка
В зонах высоких температур выделяется СО2 в количе-
стве
5,28 : 44 = 0,12 кг-мол.
Состав газа (в кг-мол), получающегося в зоне нагрева
топлива б'ез доступа воздуха, следующий:
СОг — 0,004,
СО — 0,032,
СИ, —0,122,
С2Н4 - 0.018.
HtS — 0,034.
N2 —0,012,
Н2 — 0.У2.
Всего. . . 1,142
В газе содержится еще 0,44 кг-мол «водяных паров.
6.500/0 Ре2Оз в золе соответствует
б-5ОШ4!-=4>557о железа;
109,00
*
на 100 кг сухой смеси это составит
0,1754-4,55 = 0,8 кг.
60
Таблица 23
Состав золы, получаемой в результате смешения 88°/«
антрацита и 12% известняка
Компоненты	Антрацит	Известняк	Смесь
SiOj	54,33	1,73	40,01
А1гОа	34.94	0,93	30.87
FeoOs	7,22	0,*0	6,50
СаО	2,Ort	52.20	8,07
MgO	0,25	1.48	0.40
К2О	1,49	—	1.31
Na?O	1,04	*—	0.92
со,	—	43,28	
Определяем содержание S1O2 в 100 кг сухой смеси
0,1754-40 = 7,02 кг.
Восстановится кремния:
. 7,02-0,05-^4= 0,2 кг.
Остается в шлаке (в кг):
SiO, — 7,02 . 0,95 = 6,67
А!2О3 —0,1754-30,87 = 5.41
СаО—0,1754- 8,07 = 1,42
MgO — 0,1754. 0,40 = 0.07
К ,0-0,1754- 1,31 =0,23
Na,0 — 0,1754 - 0,92 = 0,16
Таблица 24
Состав и -количество полученного шлака
Наименование компо- нентов	Содержание компонентов	
	в кг	В 7. •
SiOt	6,67	44.5
Si	0,20	1,3
Fe,O,	0,80	5.3
СаО	1.42	9.4
Al, О,	5,4 L	36.5
MgO	0.07	0.5
к,о	0,23	1.5
Na2O	0.16	1.0~
Всего . .	1 14,96	100
	** 15,0	
Таким образом, из 100 кг сухой смеси получается 15,0 кг
шлака.
61
Небольшим количеством кислорода, -выделявшегося из
компонентов, входящих в состав золы, пренебрегаем.
Реакции, происходящие в торне газогенератора, могут
быть охарактеризованы как реакции сгорания углерода топ-
лива в СО2 и СО. На образование компонентов, образующих-
ся в зоне нагрева топлива без доступа воздуха, как указыЬа-
• лось выше, пошло 0,274 кг-мол углерода.
Количество углерода, остающегося после зоны нагрева
топлива без доступа -воздуха,—4,9 кг-мол.
Принимаем, что в СО2 сгорает 10%' углерода, т. е.
4,9’0,1 =0,49 кг-мол,
в СО сгорает
•	4,9—0,49=4,41 кг-мол углерода.
Для сгорания 0,49 кг-мол углерода в СО2 требуется
0,49 кг-мол кислорода, для сгорания углерода в СО кислоро-
кг-мол.
буется кислорода
69 кг-мол.
ено азота
14 кг-мол.
Таблица 25
раторного газа
гво компонентов
мод
з известия-
а в зоне вы-
соких
температур
всего
!
0,614
4,442
0,122
0,018
0,034
10,152
4,0
28,7
0.8
0,1
0,2
56.0
।
0,12
15,382 X 22,4 = 344,56 лс8.
62
III. СМЕШАННЫЙ ГЕНЕРАТОРНЫЙ ГАЗ
1. Чтобы определить состав смешанного гене.раторного
газа, прежде всего необходимо знать элементарный состав
топлива. Например, принимаем за исходное топливо подмос-
ковный бурый уголь; состав его следующий' (в %):	'
Ср —26,8 при влажности—-33,0%
Нр— 2,0 и зольности — 27,0%
№— 0,5
О₽- 8,3
Sp— 2,4.
Затем, пользуясь методом, предложенным акад. Н. Н. До-
брохотовым, исходи?/ из того, что процесс газификации в це-
лом подразделяется на две части: процесс нагрева топлива
без доступа воздуха — в верхней части газогенератора — и
на собственно процесс газификации, ’протекающий в нуж-
ней части газогенератора.. Этот последний процесс характе-1
ризуется следующими уравнениями: '	/
С = СО,4- СО —уравнение баланса углерода; 4
^=Н2 4-Н2О-	, водорода;
2COg-|-CO= ~ -f- Н, —	,	, кислорода;
СО • Нгр
СО,Н2
— К — уравнение константы
водяного газа.
При подсчете состава газа будем исходить также из весо-
вого количества топлива (100 кг).
Принимаем, что углерод топлива теряется в уносе 4%, т. е.
26,8.0,04 = 1,07 кг,	;
тогда газифицируется углерода
26,8— 1,07 = 25,73%.
2. Приводим показатели, характеризующие процесс нагре-
ва топлива без доступа воздуха.	,
Небольшим «количеством кислорода, -выделявшегося из
компонентов, входящих в состав золы, пренебрегаем.
Реакции, происходящие в горне газогенератора, могут
быть охарактеризованы как .реакции сгорания углерода топ-
лива в СО2 и СО. На образование компонентов, образующих-
ся в зоне нагрева топлива без доступа воздуха, как указыва-
лось выше, пошло 0,274 кг-мол углерода.
Количество углерода, остающегося после зоны нагрева
топлива без доступа воздуха,—4,9 кг-мол.
Принимаем, что в СО2 сгорает 10% углерода, т. е.
4,9-0,1 =0,49 кг-мол,
в СО сгорает
4,9—0,49=4,41 кг-мол углерода.
Для сгорания 0,49 кг-мол углерода в СО2 требуется
0,49 кг-мол кислорода, для сгорания углерода в СО кислоро-
да нужно
4,41 : 2 = 2,20 кг-мол.
На образование СО2 и СО потребуется кислорода
2,20 + 0,49 = 2,69 кг-мол.
Вместе с кислородом будет введено азота
2,69 • 3,77 ~ 10,14 кг-мол.
Таблица 25
Состав сухого генераторного газа
Наименова- ние компо- нентов	Количество компонентов				
	в кг-мол				В %
	из зоны на- грева без до- ступа воздуха	из зоны га- зификации	из известня- ка в зоне вы- соких температур	всего	
СО,	0,004	0.49	1 0,12	0,614	1 4,0
СО	0,032	4.41	——	4.442	28,7
сн4	0.122	—	—	0,122	0.8
с,н4	<>.018			0,018	0,1
HaS	0,034		—	0.034	0,2
No	0,0)2	10,14		10,152	56.0
Всего. .	1 0.222	'	15,04 !	।	0,12	15.382	100
Выход сухого газа составит
15,382X22,4 = 344,56
62
III. СМЕШАННЫЙ ГЕНЕРАТОРНЫЙ ГАЗ
1. Чтобы определить состав смешанного генераторного
газа, прежде всего необходимо знать элемейтарный состав
топлива. Например, принимаем за исходное топливо подмос-
ковный бурый уголь; состав его следующий (в %):	'
Ср —26,8 при влажности—33,0%
Нр — 2,0 и зольности — 27,0%
Np— 0,5
Ор- 8,3
Sp— 2,4.
Затем, пользуясь методом, предложенным акад. Н. Н. До-
брохотовым исходим^из^гого, что процессгазификации в це-
лом подразделяется на две части: процесс нагрева топлива
без доступа воздуха—в верхней части газогенератора — и
на собственно процесс газификации, ’протекающий в ниж-
ней части газогенератора.. Этот последний процесс характе-
ризуется следующими уравнениями: '	/
С = 00,+ СО —уравнение баланса углерода; *
№=Н2 4-Н2О—	, водорода;
2COa-f-CO= гй + Н, —	,	, кислорода;
COIW
СОаНа
= К — уравнение
константы водяного газа.
При подсчете состава газа будем исходить также из весо-
вого количества топлива (100 кг).
Принимаем, что углерод"топлива теряется в уносе 4%. т. е.
26,8.0,04 = 1,07 кг,
тогда газифицируется углерода
26,8— 1,07 = 25,73%.
2. Приводим показатели, характеризующие процесс нагре-
ва топлива без доступа воздуха.
63
Таблица 26
Элементарный состав топлива
	Процентный сопат	У HDr	* ГлзшЬидн- руетсн	Молск’лтнр- ный вес	। молей
СР	26.8	1,07	25,73	12	2.14
НР ОР	2,0 8,3	—	2 8,3	2 32	1 0.26
N₽	0.5	-—	0.5	28	0,0178
SP	2,4	“ 	2,4	32	0,075
л₽	1	27	—.		——	••
Ц7Р	33 1		33	18	1,83
Водяные пары
Принимаем, что в .пирогенетическую влагу пер’еходит
*50% кислорода топлива:
2Н2 + О2 2НоО.
Расход кислорода
Оа = 0,26-0,5 = 0,13 кг-мол\
расход водорода
0,13-2 = 0,26 кг-мол\
образуется Н2О — 0,26 кг-лгол.
Всего образуется Н2О = 0 26 + 1,83 == 2,09 ка-люл.
Двуокись углерода
В.СО2 переходит 20% кислорода топлива.
Расход кислорода 0,26 • 0,2 = 0,052 кг-жол,
образуется СО2— 0,052 кг-л*ол.
Метан
В СН4 переходит 30% водорода топлива. Расход водо-
рода
1.0,3 = 0,3 лг-лгол;
расход- углерода 0,3-0,5 = 0,15 кг-мол\ образуется СН4—
0,15 кг-мол.
Азот
Принимаем, что весь азот топлива (0,0178 кг-мол) пере-
ходит в газ.
64
Сероводород
I .
В H2S переходит 80% серы топлива, или
1	0.075-0 8 — 0 06 кг-мол-
- - LAVU,	г - ,
образуется HtS —0,06 кг-мол.
С	W- •'
»
Шлак
В шлак переходит 10% углерода, вся зола топлива и
20% серы топлива. Расход углерода составляет
2.14-0,1 =0,214 кг-мол\
расход серы— 0,075 0,2 = 0,015 кг-мол.
WK
Смола
В смолу переходит 2 кг углерода, т. е. столько, сколько
в топливе находится водорода.
Состав смолы (в %);
С—78,61
Н- 8,22
S— 2,30
N— 1,60
О — 9,37
В смоле содержится :
углерода — 2 кг = 0,16 кг-мол
водорода —0,208 « =0,104	«
серы	— 0,0058	<	«0,0018	«
* азота	—0,038	«	«	0,0013	«
•кислорода	— 0,237	«	=	0,007	<
Всего
образуется — 2,541 кг смолы.
На все предыдущие реакции:
израсходовано водорода	— 0,724 кг-мол,
в топливе было водорода	— 1	«
осталось водорода	— 0,276	«
израсходовано кислорода	—0.189	«
в топливе было кислорода	— 0,26	«
на образование СО пойдет 0,071 кг-мол кислорода.
Расход углерода составляет
0,071 • 2 = 0,142 кг-мол;
образуется СО — 0,142 кг-мол.
Расход углерода на указанные выше статьи составляет
0,718 кг-мол;
было углерода — 2,14 кг-мол;
остается углерода и переходит в реакционную зону
2,14—0,718 = 1,422 кг-мол.'
( Г. И. Дет алит
65
3.	Рассчитаем состав газа и количество компонентов в •
нижней зоне газогенератора. Для этого составляем четыре
уравнения:
СОВ + СО — 1,422 кг-мол\
Н2 -I- Н2О=0,83
С0-Н,0
СО2-Н,
2СО, 4- со= + н2,
На каждые 100 кг-мол N, в газе приходится 63 кг-мол С;
тогда N, будет введено [3]
1.422-100
---------- — 2,25 кг-мол.
с N, будет введено кислорода
2.25
1,9
= 1,2 атома.
Решая эти 4 уравнения с четырьмя неизвестными, найдем
состав газа:
СО2 -|- СО — 1,422 кг-мол;
Н,Н-Н2О=0,83
СО-Н2О
СО2-Н2
2СО2 -Ь СО =	4- Н2;
СО2 = 1,422 — СО;
Н2О = 0,83 — Н2;
Н, =1,644 —СО.
Отсюда
СО (0,83- 1,644 4-СО)
(1,422 - СО)(1,644 - СО) “ 2'
После преобразования и решения квадратного уравнения
получаем, что
СО =1,138
СО2 = 0.284
* Н2 = 0,506
Н2О = 0,324
кг-мол
я
I»
66
Таблица 27
Количество компонентов газа, образующееся в зоне нагрева
без доступа воздуха и в зоне газификации
Наименова- ние компо- нентов	Количество газа, образующегося		Всего обра- зует я газа в кг-мол • •	— " 		   У Состав газа в •в	
	1 в зоне на- грева без доступа воздуха в кг-мол	в зоне гази- фикации в кг-мол		влажный	сухой
COj,	1 0,052	0,284	0.336	4,60	6.90
СО	0,142	1,138	1,280	17,55	26.30
сн4	0,150		0,150	2,05	3,00
Н2 H.S	0,276	I 0,506	0.782	10,72	16,00
	0,060	1 —	0,060	0.80	1.2
N3	0.0178	2.250	2,270	30,86	46,20
Н,0	2,090	0,324	2,410	33.30	
		Q		1	
	I	3 с е г о . . .	7.288	100,00	100.00
На основании данных о составе газа и количестве его (в
пересчете на 100 кг топлива), можно определить выход влаж-
ного и сухого газов, расход воздуха, влагосодержание газа.
Выход влажного газа составляет
7,288X22,4 = 163,25 л£3/100 кг топлива;
на 1 кг топлива выход влажного газа составит—1,63 л*;
Выход сухого газа —
7,288—2,41 =4,878кг/лгол, или 109,27 лг’/ЮО кг;
на 1 кг топлива выход сухого газа составит 1,09 я . Расход
воздуха составляет
2,25-22,4 __ у м3/100 кг топлива.
0,79
•3
Влагосодержание газа равно
2,41-18-1000 = 400
109
По данным, приводимым проф. Н. В. Шишаковым [16],
анализ генераторного газа, полученного на подмосковном уг-
ле имел примерно следующий состав (в %)‘.
СО,- 5,95, На —14,93,
С..Н* — 0,45, ,СН4- 3,89,
67
ч
Потенциальное тепло газа, получающегося из 100 кг топ-
лива,
Q; = 163,25-1110 = 181207,5 ккал.
Температура сухого газа, выходящего из газогенератора,
равна 120°С.	—~	"	~~~
При этой температуре теплоемкости компонентов газа
равны:
С„ГГ1 = 0,42 ккал1м*сС.
0,31 о я
С ° = 0,42	„
r II2^
Ср с„ = 0,315 ккал/м*°С,
"₽СН4 ~ 0,4
Ср — 0,315
По теплоемкости компонентов газа и их процентному содер-
жании в сухом газе определяется теплоемкость газа:
Ср =0,42-0,069 + 0,315-0,265 + 0,315-0,161 4-0,4-0,031
-h 0,42-0,1 + 0,315-0,473 = 0,366 ккал/м3°С.
Теплосодержание сухого газа
Q', = 109,27-0,366-120 = 4798,8 ккал.
Теплосодержание влаги газа
Q3 = (594,7 + 0,373-120) 43,47 -=• 27794 ккал.
Теплотворная способность смолы
81С4-ЗООН-26(0 — S)=81 -78,61+300-8,22-26(9,37—2,3 =
= 9017,2 ккал.
Потенциальное тепло смолы
Qi = 2,54-9017,2 = 22903,7 кка ?.
Теплосодержание смолы
Qi =2,54-0,4-120 =120 ккал.
Потенциальное тепло пыли
Q; ==8140-1,07 = 8709,8 ккал.
Теплосодержание пыли
Q' = 1.33-0,2-120 = 31,92 ккал
Потенциальное тепло шлака
Q'? =8140.2,68 = 21815 ккал.
Теплосодержание шлака
Qi =30,2-0,2-350 = 2114 ккал.
Сумма расходных статей составляет 269494,7 ккал
Сумма приходных статей равна 272 782,9 ккал.
Потери в окружающую среду
Qi = 272 782,9 — 269 494,7 = 3288,2 ккал.
70
Таблица zy
Сводка теплового баланса
Приходные статьи	Количество		Расходные статьи	Количество		
	в ккал	В %		в ккал	В	•/о
Потенциальное t тепло топлива . Теплосодержание топлива .... Теплосодержание пара 	 Теплосодержание . воздуха .... Итого .4 У • *	261740,0 600,0 9334.5 1108,4 272782,9 1	95,9 1 0,2 3.5 1 °'4 100,0 t	Потенциальное тепло газа . . . Теплосодержание сухого газа . . Теплосодержание влаги газа . • Потенциальное тепло ’смолы . Теплосодержание смолы .	. . . Потенциальное тепло пыли> . . Теплосодержание пыли	 Потенциальное тепло шлака . Теплосодержание шлака	 Потери в окру- жающую среду	181207,5 4798.8 27794,0 22903,7 120,0 8709,8 31,9 2’815.0 2114,0 328&.0	66,4 1,7 10,3 8.4 0,04 3,2 8.0 0.8 1.2	
/			И тю г о	272782,7	100,0	
Определим выход влажного газа в -и3 (считая на 100 кг
топлива); количество воздуха, поступающего в газогенера-
тор; расход водяного пара; выход сухого газа; расходные
коэффициенты на 1 м3 сухого газа.
Воспользуемся данными, приведенными С. Д. Бесковым
в книге «введение в технохимические расчеты» [30].
' *
Таблица 30
Определение состава смешанного генераторного газа по методу
профессора В. Е. Грум-Гржимайло
Составные части газа	Качество газа на колосниках		Количество газа в газопроводе		
			в кг-мол	в кг	Объем- ные .про- центы
	в кг-мол	в 7.			
СО, СН< \ со so2 HaS на Ns нао	/ 5,700 0,024 0.924 9.205 0,702	34,4 0.1 5,6 55,7 4.2	0.750 0,300 4,950 . 0,047 3,171 9.276 0,919	0,750X44=33,0 0,300X16 = 4.8 4,0'0X28-138,5 0,047X34= 1,6 3,171X2 = 6,3 9.276X28 =259.7 0,919X18= 16,6	3.85 1.50 25,40 0~5 16.30 48.00 4,70
Итого. .	16.555 1	100,0 1	19,413	460,5	100,0
71
Ьыход влажного газа составляет
19,413X22,4 = 435 м\
Количество воздуха, поступающего в газогенератор, оп-
ределяется следующим образом:
Азота под колосники поступает 9,205 кг-мол, что соответ-
ствует
9.205.100
---------= 11,6 кг-мол воздуха.
Возду-ха поступает 259,84 м3, или
11,6-22,4 • 1,293 = 337,74 ( ~ 338) кг.
Расход водяного пара составляет
0,702 + 0,924 = 1,026 кг-мол,
или
1,626- 18=29,3 кг.
Выход сухого газа
(19,413—0,919)22,4=414,3 м3.
Расходные коэффициенты на 1 ж’ сухого гДза:
100	259 «4
угля— ——=0,24 кг, воздуха----—- = 0г63
Н4.О	414.0
водя-
ного
29,3
пара _	_ _ 0,0/
кг.
При определении состава смешанного генераторного газа
по методу академика Н. Н. Доброхотова количество продук-
тов, получающихся в зоне нагрева без доступа воздуха, их
состав, как уже указывалось, определяются по практическим
данным.
Таблица 31
Расход отдельных элементов топлива на образование газов
в зоне нагрева без доступа воздуха [3]
*	л
Наименование топлива	Расход кислорода в °1о		Расход водорода В °/0		Расход серы в 70
	на СО,	на Н;О	на СН4	на С2Н4	на H2S
Антрацит АК		10	50	20		80
, AM		)0	50	20	—	80
. АС ....	10	.с0	20		80
Каменный уголь Г . .	10	50	30	4	80
Подмосковный уголь	зэ	50	30	3	80
Челябинский уголь . . .	20	5)	35	3	80
.Торф		25	50	30	3 i	80
					 Г-	— 		
В таблице 32 приведены принимаемые при расчетах
получения смешанного генераторного газа расходы пара и
азота и величины условных констант равновесия.'
-------------Таблица 32
Расходы пара, дзота; величина условных констант равновесия
Наименование топлива	Расход пара на горючую массу топлива в кг!кг	Условная кон* станта равновесия СО-Н2О К- со. й,	Количество углерода на 100 молей азота
Антрацит АК		0.30--0 А 0 .	2,25	60
AM		0,40-0.45	2,00	60
» АС		0,45-0.55	1.90	60
Каменный .уголь Г . . .	0 25-0.35	’ ' 2,25	61
Подмосковный уголь . .	0,20-0,33	2.30	62 .
Челябинский уголь . .	0.19-0,32	2,50	63
Торф	 1	0,15-0,25	2,50	’63 '
Приведенный выше метод подсчета состава генераторного
газа, равно как и других показател'ей газификации твердых
видов топлив в газогенераторах, не позволяет учитывать
влияние такого фактора, как степень подготовки топлива в
зонах подсушки и нагрева топлива без доступа воздуха к
последующему процессу газификации в нижней зоне. Между
тем этот фактор желательно учитывать.
Пользуясь методом, изложенным в книге Д. Б. Гинзбур-
га и его сотрудников [17], ниже приводим примерный расчет
состава и выхода газа с учетом степени подготовки топлива.
К. п. д. генератора
Под к п. д. генератора понимают отношение полезно за-
траченного . тепл а ко~~всему количеству -введенного тепла.
Различают термический к. п. д. и химический к. п. д. гази-
фикации. ---------*---- ‘
Химический к. д^д...газификации определяется 'Гак:
_ _gHt
ВН1 ’
где g—полученное количество газа в нм3;
Нг—теплотворная способность газа в ккзл/нм3 газа;
В — количество израсходованного при этом горючего в кг, 
Нт—теплотворная способность горючего в ккал/кг.
Термический к. п. д.
При определении термического к. п. д. учитывается как
полезно затраченное тепло—потенциальное тепло горения га-
за, теплосод’ержание газа, смолы, потенциальное тепло смо-
73
’1
лы, тепло, затраченное на получение пара в пароводяной
рубашке, так и затраченное тепло — тепло израсходованного
топлива, теплосодержание топлива и дутья.
*	_ gHt 4- (?; + тнси + Di D
Лтерм — —————— —,
-Ь \
где Т — выход смолы в кг;
Нси — теплотворная способность смолы;
Д—количество полученного водяного пара в кг;
/р — теплосодержание водяного пара в кал/кг;^
z — добавочный пар из внешнего источника в кг;
1г— теплосодержание добавочного пара в кал! кг;
т]. — к. п. д. процесса получения добавочного пара
(около 0,65);
Qr — теплосодержание газа;
Q„ — теплосодержание воздуха, вводимого в генератор.
-	V	•	'	"	>•»<,.	..	-•-«,
Величина /дх колеблется в пределах 65 — 70%, пони-
жаясь в том случае, если при газификации топлив обра-
зуется смола; величина 7jTepM колеблется в пределах 85—95%.
*'•*»- .1-------------------J , л НИЧИ in  I I -v —  - • - - - »***' . •
Под данным приводимым Н. В. Шишаковым в статье «Га-
зификация челябинского угля в газогенераторе «Гнльгер» [18],
определяем коэффициенты полезного действия газификации.
Отсюда коэффициенты полезного действия газификации
следующие:
Т'>х
газификации —
2,29-1527-100
1-4415	’
74,2%;
газификации =
2,45-1230-100
1-4429
= 68,0%;
газификации ==
2,59-1284-100
1-4685
= 70,0%.
Воспользуемся также следующими результатами прием-
ных испытаний газогенератора, работавшего на мелком кокс'е
(коксикс) с размерами кусков 10—20 мм.
1 См. табл. 33.
74
Таблица 33
Данные для определения коэффициентов полезного
действия газификации v
Показатели • 1	Единицы измерения	Сорт угля		1
		25—75 мм	10—25 мм	10—75 мм
Состав рабочего топ- лива: влага 		весовые	15,93 ’	1 17,35	л 13.82
зольность ......	проценты в	16,50	15,74	16,88
сера общая		ъ 9	г 0,96	0,96	1,04
углерод 		•	48,82	49,33	32.16
водород 		*	3,61	3.49	3,23
азот		•	1 44	1,31	1,30
кислород (по разн >- сти)		V	12,74	11,78	11.57
Теплопроизводитель- ность рабочего топлива: высшая		кал!кг	4706	4722 '	4972
низшая		*	4415	4429	"4685
Напряжение попереч- ного сечения шахты: в случае рабочего топ- лива 		«я кг'м'час	ПО	78	120
в случае горючей мас- сы' 		•	74,3	52,2	83,2
считая по количеству шлаков 		А	19.4 .	13,2	22,4
Расход сухого воздуха	м*!кг	1,9	‘ 1,60	1,68
Расход пара 		ь г/кг	0,376	0,349	0,386
Выход сухого газа: в случае рабочего топ- лива 		м11*г	2,29	2,45	2.S9
в случае горючей мас- сы 		•	3,39	3,66	3,73
Состав сухого газа СО,	объемные	6,43	10, г9	8,47
H,S	проценты »	0,18	0,19	0,17
С/yr Нд	9	0,37	0.34	0,17
Оо		0,2 )	0,24	0,18
(6	в	26,69	19,22	22,24
На	9	17,08	14,92	13,94
сн4		2,48	2.31	2,76
No	•	• 46,64	52.21	52.79
(определяем по разно- сти) Теплотворная способ- ность сухого газа: а) высшая		1 кал!мъ	1654	Ч	• 1340	i 1379
б) низшая		9	1 1527	1230	1284
75
Таблица 34
А
Данные для определения выхода генераторного газа и
коэффициенты полезного действия газификации
» Показатели	Данные, полученные по дн*?м		
		испытании	
	1-й день	2-й день	3-й день
Влажность топлива, % |	 Зольность топлива, °/0		15.4	17,9	• 15,2
	7,7 76,9	8.7	8,3
Выход горючей массы в топливе, °/0		73.4	76,5
Элементарный состав коксика, 170. •		•	•
Сг	’	'	96,9	96.9	96,9
Нг	0,4	0,4	0.4
Or4-N'	1,9	1.9	1.9
Sr	0.8	0.8	0.8
	1,09	1,09	1,09
Лл	I	10,14	10,14	10,14
Количество коксика, израсходован-			
кого на газификацию: Расходы Фоксика в пересчете на ра-			37,987
бочее топливо, 7 		35,96	37,607	
Расходы коксика в пересчете на го-			29,05
рючую массу, Т •	 Содержание углерода в 1 кг кокса	. 27;653	27,604	
			
н пересчете на его горючую мае-			•
су. кг	 Расход коксика на газификацию в		0,969	
пересчете на 1 кг его горючей мас- сы, с учетом шлакообразования и	f	—	
уноса 	 • итовый анализ кекса, %: - - » • •		0.98	
класс > 20 ММ		18.4	16.1	14,2
10—20 мм		76.4	77,0	78,1
,	5—10 мм		1.1	1.9	21
, <	5 мм		4.1	5.0	5.6
Анализ шлаков:			
влажность, °/о		16,8	15,5	14.5
зольность, °/0		81,1	81,3	80,8
содержание горючего, % . . . .	2.1	3,2	4,7
Анализ шлама:			
влажность, °/0		34,2	37,6	36,5
юльность, °/о		6.9	7.2 55,2	6,2
с'держание* горючего, % . . . - Анализ уноса:	58,9		57.3
		8.35	
ЗОЛЬНОСТЬ, % ‘				
содержание горючего, ®/0 . . . .		81,65	
Анализ газа:			
СО„	о/о		5,3	4.8	4.7
О„	%			00	
со,	о/о		27.8	29.0	29,7
н,	о/о		11.7	12,4	11.5
сн4. %.	0.3	0,0	0.1
N»,	%		54,9	53.8	54,0
Продолжение табл. 34
Показатели	Данные, полеченные по дням испытаний		
	1-й день	2-й день	3-й день
Низшая теплотворная способность, ккал/нм3	 Содержание углеродсодержащих ком- понентов в 1л8 генераторного газа, м3	 Свержение углерода в 1 л8 компо- нентов генераторного газа, содержа- щих углерод, кг ... 1		• । t 1171 0.334 i	1182 0,338 0,535 .	1186 О.Зчб
можно определить по
На основании
дням испытаний:
за (м3):
б
приведенных данных
1) часовое количество генераторного ra-
27,653'0,969.0,98-1050
0,334-0,536-24	-617;
27,604-0,969-0,98-100)
V*~ 0,338-0,536-24	- 6044;
* „	29,06-0,969.0,98 -1000
0,345-0,536-24	= 6220;
2) к. п. д. газификации (в %):
0,9690,98 1171-100
~ 0,334-0,536-7905 “78,8;
0,969-0,98,1182-100
У)’- 0,338-0,536-7905 = 78'6;
.	0,969-0,98-1186-100
Т|’ “ 0,338-0,536-7905 = 77-L
Определение количества вырабатываемого смешанного
генераторного газа по балансу углерода
Воспользуемся данными, опубликованными П. Ф. Саба-
неевым в Известиях Академии наук (отделение технических
наук)
ления
ti 9]. Он предложил следующую формулу для опреде-
количества вырабатываемого газа:
ДСШ
. _ 1865,7
о —----v—
ш

2
. 100—Сш 1С0(100-Сш)	100

где
3 — сумма углеродсодержащих СО2, СО, СН4 состав-
ляющих газа в объемных процентах;
77
g— Вес израсходованного рабочего топлива в т\
Сц С2,Сш—процент углерода в топливе, в уносе и в шлаке
соответственно;
А—зольность рабочего топлива в %;
а — количество уноса в процентах от веса рабочего
топлива;
ио—выход газа в м3, считая на 1 кг топлива.
Используя эту формулу и следующие данные для опре-
деления количества вырабатываемого газа расчетным путем,
Е —32,10%
1 т.
С2 — 74.296,
С2 - 63,0%,
Сш — 22,0%,
А — 16,5%.
а-1%,
имеем
р 1865,7	[	16.5.22,0*
°'	32,1	100-22,0
1-22,0	а-22,0,63,0	1,0-63,0' _
100-22,0 100(100-22)	100	•
= 4085 — = 4,085 — •
т	кг
Предельно относительная ошибка определения количества
вырабатываемого газа по предложенной формуле составля’ет,
по данным П. Ф. Сабанеева, ±1,8%. Определение же коли-
чества газа при помощи устанавливаемой на газопроводе
дроссельной шайбы, соединенной с регистрирующие дифма-
нометром (кольцевые весы), по формуле
/.-0,673..*/	/ //<
где е — коэффициент сужения газового потока;
d — диаметр дроссельной шайбы в см;
а — коэффициент истечения;
70 — удельный вес газа в кг/м*;
См—содержание в газе смолы, кг/м*;*
f—влажность газа в кг]м*;
h — перепад давления в мм вод. ст.;
Р — абсолютное давление газа в мм рт. ст.;
t — температура газа в °C
78
позволяет определить ’Количество газа с точностью от ±:^7о
до ±3,5°/(г
Определение количества вырабатываемого генераторного
газа по балансу углерода возможно также следующим об-
разом:	u •	I । р •
с? - (Сшд + Ссм + С„)
~ 0,536 (СО; + COr + CH; + 2C,Hrt)М К '
где Vc — выход сухого газа в 'лС/кг-,
С₽ — содержание углерода в «г-рабочего топлива;
СШд — потери углерода со шлаком в пересчете на.1 кг
рабочего топлива;
С-см — потери .углерода со смолой на 1 кг рабочего
топлива;
Сп — потери углерода с пылью на 1 кг рабочего '
топлива;
СО;, СОГ, СНГ, CsHr4 — содержание этих компонентов в м3
/	12 \
газа 0,536 = пг>- ,
1 *	I >* > Л 1
Потери углерода со шлаком Сщ,
по формуле
ДР — 0,01 у-ДУС
100-с
могут быть определены
%,
где Ар — зольность 1 «г рабочего топлива в %-,
С — содержание углсоода в сухом шлаке в %;
у — выход уноса в % от 1 кг рабочего топлива;
Ду — зольность-уноса в %.
На основании производственных данных величину „у“можно
принять равной:
при газификации антрацита марки АК — 3,6%,
»	.	„	„	AM —5,0%,
v	„ мелкого кОкса (коксика) — 5,0%,
, 	, газового угля	—4,-5%.
Величину Ду можно принимать равной ~ 25 — 30%.
Потери углерода со смолой Сси = 0,01 См-С;и%,
где См — выход смолы из 1 кг рабочего топлива в %;
С;м — содержание углерода в смоле в %.
Величину См на основании практических данных можно
принимать равной:
при газификации антрацита марок АК, AM, АС —0,0%;
„	„	коксика	—0,0%;
„	„	газового угля	—4,0%.
Что касается величины С'см — содержания углерода в смоле,
то она равна 80%.
79
Потери углерода с пылью Сп определяются по формуле
Сп = 0.01 у Су %,
где Су — содержание углерода в уносе, пыли (70%).
Выход газа может бы!ъ также определен по балансу азота:
,.r Nr--NB + Nc
К =: -1—---------5 нм3/кг,
где — выход сухого газа в м3/кг;
NT, N„, Nc — соответственно содержание азота в топливе,
воздухе и смоле в мг;
, NJ — содержание азота в газе в %.
На основании практических данных можно принимать
расход воздуха равным:
при газификации антрацита	— 2,8 м3/кг
„	„	мелкого кокса (коксика) —2,5	,
„	„	газового угля	— 2,2	„
Азота в смоле содержится 1 % •
Количество вырабатываемого газа может быть также
определено по балансу азота следующим образом:
«/г	V79	,,
V =---------ы?-----нм/час,
Njr _ --1_	_
1,25. К
где Vr — количество вырабатываемого газа в м*/час;
V — часовой расход воздуха в м*/час;
NJ — содержание азота в I ,иэ сухого газа в 96;
— содержание азота в 1 кг рабочего топлива в кг;
1,25 —вес 1 м3 азота в кг/м3;
Vrc — выход сухого газа в м3/кг.
Для практических целей можно пренебречь малой вели-
чиной
N₽
1,25 V' ’
тогда
1/79
N; •

Расход пара и степень его разложения
Расход пара на нужды газификации при пап уч сии и сме-
шанного генераторного газа может быть определен по сле-
дующим данным:
по заданной температуре паровоздушной смеси в °C.
80
rid содержанию водяных паров в 1 м3 сухого воздуха при
данной температуре (находится ьо таблице Н20; по заданной,
или определенной величине расхода воздуха ® пересчете на
1 кг топлива.
Тогда расход пара на 1 кг рабочего топлива равен про-
изведению содержания паров воды в 1 м3 воздуха на вели-
чину расхода воздуха.
Степень разложения водяного пара может быть опреде-
лена по балансу кислорода следующим образом. Поступает
в процесс кислорода (в пересчете на 1 кг топлива):
О£ — из. 1 кг рабочего топлива	— а кг
О, — из воздуха (количество воздуха на 1 кг рабочего
топлива X 0,21 X 1.429) ,	— в кг
Од — из разложенного пара '	— jc кг
Всего а-|-1 + х и
Израсходовано кислорода:
Ж
Ог — на ^образование газа — 1,429 (СО? 4- О * + 0,6 СОГ)0,01 гсг — с кг,
Осы — на образование смолы —См-О*м	— d кг,
Оп — на образование пирогенной воды (40 — 50% кислорода,
содержащегося в топливе)	— е кг
  11,1 1 ’ "  1 "	 -—у—. 
Всего с 4- 4- е кг
Отсюда количество кислорода изГ разложенного пара равно
== с *{- d	с —- [о Ь),
количество разложенного пара
»	х-9
П = ~ кг;
О
степень разложения пара
' расход пара в кг на 1 кг рабочего топлива
Определение выхода шлака и уноса
Выходы шлака и уноса могут быть определены следующим
образом,
В случа'е возможности определения количеста шлаков ко-
личество уноса подсчитывается из баланса углерода:
Ст =5 Сг .4” Ссм -|- Сш Н~ Су; **
9	*
v юо-ст-(сшш4-сгг+ссис;)
Су
(значение буквенных величин было указано выше)’.
6 Г. И. ДешАлит
81
при невозможности непосредственного определения ко-
личества шлака количество шлака ц уноса (состав которых
мзвест'ен) могут быть определены путем решения двух урав-
нений:
Ду-У 1 А1И-Ш = Дт100;
Су-.У4-Сш-Ш ' Сси Сс 4 СгГ = Ст100,
где Ст, С„ Сш, Су, С, — содержание углерода в топливе,
смоле, шлаке, уносе, газе в %:
III, У. См	—количества шлака, уноса, смолы
на 100 кг топлива;
Г — количество газа на 100 кг топлива в м\
С, — содержание углерода в газе в кг/м3-,
Д Аш, Аг — зольность уноса, шлака, топлива в %.
Например, дается:
Ду—19,0%, Дш-86,54%, Дг-10,0%
Cv — 79,9,%,СШ- 12,0%, Сси — 84,0%
См — содержание смолы в газе—0,0094 кг/м3, выход
газа — 3,28 м3/кг\	*
Сг —60,45 кг на 100 кг топлива.
Су - 67,85.
Тогда 19У . 86,54 IIJ = 10,0.100;
79,9 У + 12111 [-3,28.100 0,00944-60,45 = 67,85.100;
19 У 86.54 Ш = 1000;
79,9 У 12 U1 4- 3,08 -{- 60,45 = 6785.
Отсюда Ш — ~ 10 кг,
V — - 7 кг.
Приводим расчет [3] состава смешанного генераторного
газа для случая использования в качестве газифицируемого
топлива мелкого кокса (коксика).
Таблица 35
Состав топлива по элементам
1 Элементы	1 Процентный состав	Унос в %	Газифици- руется В 7.	Молеку- лярный вес	Количество, кг-мол
Ср	70,7	2,12	68,58	12	5,7100
ИР	0,4	- 	0,40	2	.	0,2000
ОР	1,0		1,00	32	0,0312
NP	0,9		0,90	28	0,0321
S₽	1.0	——	1,00	32	0,0312
Др	11.0	—			- **"
W'P	15,0	1 — 1	15,00	18	0,8300
82
Ср —70,7; Нр —0.4; Ор — 1,0; Np —0,9;
Sp6ia- 1,0; Wp —15,0; Др - 11,0.
Принимаем, что углерод топлива теряется в количестве
3%; следовательно, углерод газифицируется 70,0—70,9 0,03—
= 68,57 кг.	s
Расчет показателей для верхней зоны
'(зона нагрева топлива без доступа воздуха)
В газ переходит вся влага топлива. Образуется пирогене-
тическая влага в количестве, соответствующем 50% кислорода
топлива:
расход кислорода — 0,0312-05 = 0,0156 кг-мол,
> водорода — 2-0,0156 = 0,03	»
образуется Н2О —	0,861	»
Двуокись углерода
В СО переходит 10% кислорода топлива;
расход кислорода —0,0312-0,1=0,00312 кг-мол;
» углерода — 0,00312 кг-мол;
образуется СО2 — 0,0312 кг-мол.
Метан
В метан переходит 40% водорода топлива;
расход Н2 — 0,4*0,2=0,08 кг-мол;
> С — 0,08 : 2=0,04 кг-мол;
образуется СН4 — 0,04 кг-мол.
♦
Азот
Весь азот топлйва переходите газ; это составит 0,0321 кг-
мол.
Сероводород
В H2S — переходит 80% серы топлива, т. е.
0,0312 -0,8 — 0,025 кг-мол;
расход водорода — 0,025 кг-мол;
образуется H2S — 0,025 кг-мол.
В шлак переходит 10% углерода топлива, вся зола и 20%
серы топлива;	.	,
расход углерода — 0,1 • 5,71 =0,571 кг-мол;
» серы	— 0,0312 «0,2=0,0062 кг-мол.
На основании приведенных выше подсчетов определяем
количество оставшихся элементов.
83
Водород
В топливе находится — 0,2.кг-мол
израсходовано на Н2О — 0,031 »
>	на СН4 — 0,08	»
»	на H2S — 0,025 »
______с_______________________________________
Всего израсходовано —0,136 »
Осталось «водорода — 0,2—0,136 = 0,064 кг-мол.
Кислород
В топливе находится — 0,0312 кг-мол
израсходовано на Н2О — 0,0156	»
» на СО2 — 0,00312 »
Всего израсходовано —0,0187 кг-мол.
Осталось кислорода — 0,0312—0,0187 = 0,0125 кг-мол.
Окись углерода
Оставшийся кислород идет на образование СО в верх-
ней зоне газогенератора.
Расход кислорода — 0,0125 кг-мол
> углерода — 0,0125 • 2 = 0,025 кг-мол,
образуется СО — 0,025 кг-мол.
Расчет состава газа и количества компонентов его,
образующихся в нижней зоне
Баланс углерода
В топливе находится —5,71 кг-мол
израсходовано на СО, — 0,00312 „
.	на СН4 — 0,04
перешло в шлак — 0,571	.
израсходовано на
образование СО	—0,025
Всего — 0,639 ,
Осталось углерода — 5,71 —0,639 = 5,07 ^кг-мол.
Для определения состава газа в нижней зоне газогенера-
тора составляем четыре уравнения:
СО2+СО = С остатка=5,07 кг-мол,
H2 + H2O = 1F дутья.
Принимаем расход водяного пара — 0,45 кг)кг топлива, т. е.
на 100 кг — 45 кг; это составит
45: 18 = 2,5 кг-мол.
Тогда
Н2+Н2О=2,5 кг-мол,
84
CO • H,0
СО, Н, ~КР-
Величину константы Кр принимаем равной 2.
.. <**'*'** ***- -
2 со2 + СО =	4- н2.
На каждые 100 молей азота в газе приходится 63 ка-мол
углерода [3]. Следовательно, азота будет введено
5,071.100
63
= 8,05 кг-мол;
кислорода будет введено с азотом .
8,05	.
 у- =4,23 кг-мол;
отсюда
2СО2 + СО = 4,23 + Н2.
Решаем систему четырех уравнений с четырьмя неизвест-
ными:	j
> СО24-СО = 5,07 кг-мол;
H2+H2O—2,5 кг-мол;
C0Ht0_9
со2н2 :
2СО2 + СО = 4,23 + Н2 кг-мол.
Принимаем: СО2—х, СО—у, Н2—z, Н2О—и.
*+0=5,07;
z+u=2,5;
2x + y—4,23+z;
2х+5,07—х=4,23+2,5—и;
х+5,07 = 6,73—и;
х=1,66 — и.
[5,07 - Q ,66 - и)] и  ,
(1,66 — и} (2,5- и) '
«* — 11,73 « + 9,3 = 0, отсюда « = 0,86 кг-мол,
Н2О=0,86 кг-мол;
Н2=2,5—0,86 = 1,64 кг-мол;
85
I
С02= 1,66—0,86 = 0,8 кг-мол;
СО = 5,07—0,8 = 4,47, кг-мол.
Полученные данные сводим в таблицу.
Таблица 36
Суммарный состав смешанного генераторного газа, полученного
из мелкого кокса (коксика)
Компонен- ты газа	Количество 1 газа из зоны нагрева топ- лива без дос- тупа воздуха	Количество газа из зоны газификации	Состав газа в кг-мол	Состав газа в %	
				влажный газ	сухой газ
СО2 со сн. H.S N, Н,0	0.003 0,025 0,040 0,064 0,025 0,032 0.861	0.80 4,27 1,64 8.05 0,86	0,803 4,295 0,040 1,700 0.025 8,082 1,721	4,81 25,78 024 10 20 0,15' 48.50 10.3^	• 5,37 28,60 0.26 11.40 0,1? 54,20
Итого. .	1,05	15,62	16,666	100	100
Выход влажного газа ira 100 кг топлива составляет
16,666x22,4=373,2 лг3;
на 1 кг топлива —
373,2
100
= 3,73 At3.
Выход сухого газа на такое же количество топлива состав-
ляет
(16,665—1,72)22,4 = 334,5 лт3;
на 1 кг — 3,34 лг3.
Расход воздуха по количеству азота определяется так:
8,05-22,4 non п з / «пл	i
———-------= 228,2 м (на 100 кг топлива).
V , I v7
Влагосодержание газа составляет
1,72-18
334,5
= 0,091
кг/м* — 91 г/л<3;
влажность подаваемого воздуха —
= 0,195 /«/.«*==195 г/.н*.
86
тения паровоздушной смеси, т. е. 60° [20].
Степень разложения водяного пара определяем по ба-
лансу кислорода (считая на 1 кг рабочего топлива).
Приход кислорода:
из рабочего топлива От —0,01 кг;
из воздуха Ов — 2,28X1,21.1,429 » 0,682 кг1кг;
из разложенного пара — х кг.
Расход кислорода:
на образование газа
Ог = 1,429 (СО; 4- О; 4- 0,5 • СОТ) 0,01 1/сг =
= 1,429(5,37 4 0,5-28,7) 0,01.3,34 = 0,9412 кг;
На образование' пирогенетической влаги (50% ОЛ
О„. = 0,5.0,01 = 0,005 кг. .
Отсюда
• 0,01+0,7+ х кг = 0,9412+0,005,
х = 0,254 It’— количество кислорода из разложенного во-
дяного пара;
количество разложенною водяного пара
0,254-9 ПОА7
---Б---= 0,267 кг.
о
Степень разложения водяного пара —
,0,267.100 _ 26,7
0,45’	" 0,45
= 59,3 %.
Материальный баланс процесса газификации
на 100 кг топлива
Приходные статьи:
коксик ,	*	— 100 кг
воздух — 228 • 1,293 = 295,06 кг
водяной пар —	45,0 кг
Итого	— 440 кг
Расходные статьи:
Газ. Вес 1 м3 газа—1,12 кг]м3; количество газа —
• 373,2 л<3; вес газа (считая выход его на 100 кг коксика):
373,2-1,12 = 418 кг.
я?
Пыль. Принимается. что содержание углерода в m£М
составляет 80%, последнего в уносе —2,12 кг, следователем
все количество пыли равно	г|
2 12
=— = 2--65 кг- 1
♦	U,o
В шлак переходит 10% углерода топлива, -вся зола и 20%'
серы топлива:
11+0,571-12 + 0,006-32 = 18,04 кг.
Расходные статьи в сумме составляют 439 кг.
Тепловой баланс процесса газификации
на 100 кг топлива
Приходные статьи
Тепло горения топлива
81С + 300Н—26(0—S)—6(№+9Н) =81 • 70,7 + 300 • 0,4—
—26(1—1)—6(15 + 9-0,4) =5735 ккал!кг, или 94,6%'.
100 кг топлива дают 573500 ккал.
Физическое тепло топлива	°
100-0,2-20=400 ккал, или 0,1%'.^
Теплосодержание пара	.	я
(594,7+0,477-60)45 = 28048,5 ккал, или 4,6%’.
Теплосодержание воздуха
228-0,313-60 = 4285,2 ккал, или 0,7%'.
Сумма прихода равна 606 233 ккал.	'
Расходный статьи
Теплотворная способность газа
QH газа=0,01 (СО • 3025+СН4 • 8600+ Н2 • 2570+H2S • 5593) =
= 0,01 (25,78 • 3025 + 0,24 • 8600+10,2 • 2570+0,15 • 5593) =
= 1091,1 ккал!я? газа;
на 100 кг топлива это составит
Q/ = 1091,1 -373,2 = 399 734,5 ккал, илих65,9%‘.
Температура газа, уходящего из газогенератора, прини-
мается равной 600°С.
Теплосодержание сухого газа	z
Q2'--^0,332-600 • 334,5 = 66330 ккал, или 10,9%', где 334,5 — вы-
ход сухого газа из 100 кг топлива.
Теплосодержание влаги газа
Q3'= (594,7+0,477 • 600) 1,72-18 = 27219,9 ккал, или 4,5%
88
Теплотворная способность дыл»
Так как углерода в пыли содержится 80%, то Теплотвор-
ную способность пыли считаем по углероду; в пыли содер-
жатся 2,12 кг углерода:
Qt'=8140-2.12 = 17256,8 ккал, или 2,8%.
<	Теплосодержание пыля
(?б'=2,65- 0,2 • 600=318 ккал, или 0,05%.
Теплотворная способность шлака,
Со шлаком уходит 6,85 кг углерода.
Тепло, теряемое с углеродом шлака,
Q6'=6,85-8140=55759 ккал, или 9,2%.
Теплосодержание золы и шлака
Принимается, что температура золы и шпака при удале-
нии из газогенератора равна 350°С, теплоемкость их —
0,2 ккал!кг.
Q7'= 18,04-0,2-350= 1260 ккал/кг, или 0,2%,
Парообразование в кожухе
Принимаем количество пара, получаемого в кбжухе, рав-
ным 70% от вводимого в газогенератор, т. е.
45-0,7=3'1,5 кг.
Тепло, затраченное на получение пара в кожухе, составляет
при температуре пара 110° и температуре питательной воды
40°
(?; = (594,7 + 0,477 /) gn - g„twt, =.(594,7 +
+ 0,477.110)31,5—31,5.40 = 19125,8 ккал, или 3,4%.
Потери в окружающую среду
*	Qj = 18929 ккал, или 3,1%.
Химический к. п. д.
.	АЧ О
Ъ =100	= 69,6%;
термический к. п. д.
+ = ЮО 0W+15+ + M =	.
\
89
IV. ПОЛУЧЕНИЕ СМЕШАННОГО ГЕНЕРАТОРНОГО
ГАЗА ПРИ ВЕДЕНИИ ПРОЦЕССА ГАЗИФИКАЦИИ
НА ПАРОВОЗДУШНОМ ДУТЬЕ, ОБОГАЩЕННОМ
КИСЛОРОДОМ
Генераторный газ, полученный в этих условиях, отличает-
ся от обычного смешанного генераторного газа большим со-
держанием окиси углерода; в нем меньше азота; теплотвор-
ная способность его значительно выше.
Генераторные газы, полученные при частичной замене
воздуха в паровоздушном дутье кислородом, характеризует-
ся более 'высокими теоретическими температурами горения по
сравнению с теоретическими темпер ату р а ми горения не толь-
ко обычного смешанного генераторного газа, но и коксового.
Теплосодержание продуктов гор’ения генераторного газа,
полученного при частичной замене воздуха паровоздушного
дутья кислородом, превышает теплосодержание продуктов
горения обычного генераторного газа, что улучшает его теп-
лоотдачу при использовании в* промышленных печах.
Применение обогащенного кислородом дутья позволяет
также интенсифицировать процесс газификации, т. е. увели-
чить производительность газогенератора, облегчить задачу
использования для газификации 'низкосортного топлива.
Определение состава газа 1
Процесс газификации протекаете верхней и нижней зонах
газогенератора; расчет показателей процесса в верхней зоне
(в пересчете на 100 кг топлива) следующий:
Водяные пары
В Н,0 переходит 50% всего кислорода— 0,50^?
,	„ водорода 0,5: 8	— 0,06 я
получается HSO	— 0,56 „
влага топлива	— 14,50 „
Всего влаги	— 15,06 кг
1 Принимаем, что в дутье, обогащенном кислородом, содержите-г
30% кислорода.
Расчет проводится по методу, предложенному Д. Б. Гинзбургом [17].
90
co.
В CO, переходит 10% кислорода топлива —0,1 кг
.	, углерода	— 0,04 я
получается СО.	и	—0,14 „
В СН4 переходит ,50% водорода топлива —0,2 кг
,	, углерода	—0,6 ,
получается СН4	—0,8 „
С,н,
. В С.Н4 переходит 5 % всего водорода — 0,02 кг
,	„ углерода	— 0,12 .
образуется С2Н4	—0,14 .
и.
Азота переходит в газ	—0,9 кг
H,S
В H,S переходит 80% всей серы — 1,2 кг
я , водорода '	—0,075 кг
образуется сероводорода	— 1,275 „
Пыль
В пыль переходит углерода	— 1,47 кг
„	„	золы	— 0,63 ,
образуется уноса	— 2,1 „ х
Остатки
В остатки переходит углерода — 1,27 кг
•	.	серы	—0,3 ,
.	„	золы	—11,13 я
образуется остатков	--12,7 „
Окись углерода
В СО переходит кислорода 1,0 —0,5 — 0,1 =0,4 кг
„ я углерода	—0,3 ,
образуется СО	—0,7 „
Водород
Остается и переходит в газ водорода
0,4 — 0,06 - 0,2 — 0,02 — 0,075 = 0,045 кг.
Газифицируемый углерод
Газифицируется углерода
70,7 — 0,04 — 0,6 — 0,12 — 1,47— 1,27 — 0,3 = 66,9 кг.
При степени подготовки топлива Q = 0,97% т. е. неполно-
те подготовки 0,03, в зоне газификации взаимодействует:
углерода 66,9+0,03(70,7—66,9—1,47—1,27) =66,93 кг,
водорода — 0,03 *0,4 = 0,012 кг, f
1 Под степенью подготовки топлива, как уже указывалось, понимает-
ся степень подготовки топлива в верхней зоне газогенератора (назрев
без доступа воздуха) к последующему процессу собственно газификации
в нижней зоне.
91
кислорода — 0,03 • 1,0 = 0,03 кг,
влаги — 0,03 • 14,5 — 0,435 кг;
поступает в зону газификации кокса
66,93 + 0,012 +0,03 + 0,435 + 12,7 = 80,1 кг.
Потерю тепла зоной газификации принимаем равной
5000 ккал на 1 моль газифицируемого углерода. Для опреде-
ления состава газа на выходе его из зоны газификации со-
ставляем следующие 5 уравнений (данные относятся к 100 кг
рабочего топлива и выражаются в молях):
баланс углерода:
СО2+СО = 66,93 : 12 = 5,58;
баланс водорода:
(40+0,435): 18 + 0,012 : 2 = 2,25;
баланс кислорода:
HaO+2COs+CO= j-^-N2+HaOn’+HJO'’+20;4= 0,86Na +
+ (40 + 0,435): 18 + 2 • 0,03 : 32 = 0,86N2 + 2,25:
значение константы:

СО • Н2О
СО2-Н2
уравнение теплового баланса зоны газификации:
66,93-8100 + 0,012-24 600 — 0,03-2600 — 0,435-600 + 80,1-
-1000-0,97-0,35 + 70-0,444-63 + 63 • 22,4-0,3 • N2-0,70 =
= 67 636 СО + 57798 Н2+ 1000-22,4 • 0,338 СО + Н2 1000-
• 22,4 • 0,317 + 1000 • 22,4 • 0,3325N2 + 1000 • 22,4 • 0,529СО2 +
+ 1000 • 22,4- 0,4115Н2О + 5000 • 5,43 + 600 • 0,2 • 12,7.
В последнем уравнении цифровые величины означаю!-;
66,93-8100 + 0,012-24600 —0,03-2600 —0,435-600 —потен-
циальное тепло газифицируемого кокса, ккал;
80 — количество кокса, поступающего в зону газификации, кг;
1000 — температура кокса, поступающего в зону газифика-
ции, °C;	.	,
0,97 — степень подготовки кокса;
0,35 — теплоемкость кокса, кал/кг;
70 — количество вводимого водяного пара, кг;
0,444 — теплоемкость водяного пара, кал/кг;
63 — температура дутья, °C;
’ т — содержание О, в дутье, в долях единицы.
*	НаОл — количество лара, вводимого с дутьем (в кг-мол) на 100 кг
рабочего топлива.
*	Н2О' — количество влаги, вводимой с топливом в зону газификации.
Oi — количество кислорода, поступающего с топливом в зону гази-
фикации.
92
63 • 22,4 • 0,3 N2: 0,70 — теплосодержание воздуха (количество
воздуха определяется по содержанию азота в газе), ккал-,
67636 — теплотворная способность 1 кг-мол СО, ккал; ,
57798 — теплотворная способность 1 кг-мол Н2, ккал-,
1000 • 22,4 • 0,338 • СО — теплосодержание СО, считая СО в
кг-мЬл, ккал;	•
1000-22,4-0,317 На; 1000-22,4-0,3325 N2;
10Й0 • 22,4 • 0,526 СО2; 1000 • 22,4 • 0,4115 • Н2О — соответствен-
но теплосодержания Н2, N2, СО2, Н2О, выраженных в
кг-мол, ккал;
27900 — потеря тепла зоной- газификации в окружающую
среду; принимая эту потерю равной 5000 ккал-на 1 кг-мол га-
зифицируемого углерода (количество газифицируемого, угле-
• рода — 5,58 кг-мол), потеря тепла зоной газификации в окру-
жающую среду составит
5000 X 5,58 = 27900 ккал;
1512 — теплосодержание остатков, ккал;
(12,6-0,2-600, где 12,6 — количество остатков в кг; 0,2 — теп-
лоемкость остатков, ккал:
600° — температура остатков).
Уравнение для теплового баланса представляется далее в
следующем виде:
542133+295,2—78—2614-27193,9+9768+528N2= 75207,2 СО+
+ 64898,8 Н2 + 7448 N2 + 11849,6 СО2+ 9217,6 Н2О + 27900+
— 1524.
Отсюда
543736,9 = 75207,2 СО + 64898,8 Н2+ 6920 N2+ 1 (849,6 СО2+
+ 9217,6 Н2О;	'	f ‘
или 54,35 = 7,52 СО + 6,49 Н2+ 0,69 N2+ 1,19 СО2+ 0,92 Н2О,
Отсюда >
0,69 N2 = 54,35 — 7,52 СО —6,49 Н2 — 1,19 СО2 —0,92 Н2О;
или 0,86 N2=67,94—9,4 СО — 8,11 Н2 — 1,49 СО2 — 1,15 Н2О;
поэтому баланс кислорода:
Н2О + 2СО2 + СО = 67,94 — 9,4 СО — 8,11 Н2 — 1,49 СО2 —
— 1,15 Н2О + 2,5;
или Н2О + 2СО2+СО = 70,19 —9,4СО —8,11 Н2 — 1,49СО2 —
— 1,15Н2О.
Отсюда
70,19 = 10,4 СО + 8,11Н2 + 3,49СО2 + 2,15Н2О-
Из баланса углерода, имеем: СО — 5,58 — СО2;
из баланса водорода — Н2+ Н2О = 2,25 или Н2О = 2,25 — Н2.
Тогда из баланса кислорода имеем:
70,19 = 58,03 — Ю,4СОг+ 8,11Н2+ 3,49СО2 + 2,15Н2О =
•=58,03 — Ю,4СОг+ 8,11Н2 + 3,49СО2 + 4,84 — 2,15Н2 =
62,87 -г 6,91СО2 + 5,96Н2.
93
Отсюда
5,96Н2 = 7,32+ 6,91 СО2;
„	7,32 + 6,91 СО.
На = —ЗД6----------
t
Далее имеем:	л
(5,43 - СО,) ( 2,25 - 7,32 Л С°а )
~	гп /7,32 + 6,91 СОЛ ’
СО+ 5,96	)
СО,^2+Л^1-9.9^ = (5(58 _ СО2) [2,25 - (1,32- 1,16 СО,)]
СО, (2,46 + 2,ЗСО,) = 5,19 - 7.4СО, + 1.16СО’;
2,46COj + 2,3COj = 5,19 - 7,4СО> + 1,16 СО*;
1,14СО* + 9.86СО, — 5,19 = 0;
Отсюда
СО| + 8.6СО, - 4,6 = 0.
СО2 = 0,5;
СО = 5,58 - 0,5 = 5,08;
7,32 4-6,91 0,5 _
2'	5,96	11
Н2О = 2,25 -1,8 = 0,45;
Таблица 37
Выход и состав газа в пересчете на 100 кг газифицируемого
мелкого кокса (коксика)
Наимено- вание газов	Выход газов						
	в зоне подго- товки В Ла	в зоне газификации			суммар- ный газ в мя	состав суммарно- го газа в */о	
		в кг-мол	В мя	В %			
						влажного	сухого
СО2	0,069	0,50	Н.2	3,91	11,27	3,64	4,02
SO	0,54	5,08	113,79	39,69	114,33	36,95	40,76
+	0,49	1,80	40,32	14,06	40,81	13,20	14,56
N,	0,70	♦,97	111,33	38,83	112,03	36,21	40,00
СН4	1,09		—	’  	. 1.09	0,35	0,38
с,н4	0,11	—		—*	0,11	0,03	0,03
H,S	0,81	—	 	  	0,81	0,26	0,29
НяО	18 85	0,45	10,08	3,51	28,93	9,35	—
Всего	22,64	12,80	286,72	100,0	309,38	100 j	1С0
94
0,86N2=H2O + 2CO2 + CO—2.25 = 0,45 + 1 + 5,08 — 2,20 =
= 4,28 кг-мол\
N2 = 4,97 кг-мол.
Расход на газификацию обогащенного кислородом возду-
ха составляет 111,33 :0,7 = 159 м3.
Для определения количества расходуемого кислорода и
соответственно воздуха составляем следующие два уравне-
ния:
л 4-= 159 м»;	у 0,21+ х = 0.3 159,
осюда х= 18,2 м3, v =» 140,8 м.3
(х — количество кислорода з м\
у — количество углерода в л1).
Теплотворная способность газа:
сухого —1658,4 кал/м3,
влажного— 1504,13 кал/м3.
> «
< Сводка материального баланса
Приход
Расход
Топливо
Воздух .
Кислород
Пар . •
— 100 кг
—182,05
- 25,95
— 40
газ — 333 кг
пыль — 2,1
остатки — 12,7
И того
347,8 oj 348 кг
95
V. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕОБХОДИМОГО ЧИСЛА
ГАЗОГЕНЕРАТОРОВ
Необходимое число газогенераторов, производящих гене-
раторный газ, определяется по количеству требуемого газа
или тепла, которое должно быть получено при сжигании
газа.
Если расход тепла составляет в час Q ккал, газогенера-
тор в час дает V м3 газа, теплотворная способность которо-
го— q ккал/м2, то необходимое число газогенераторов опре-
деляется так:
Q
N:=Vq+n>
где п— число резервных газогенераторов.
Число резервных газогенераторов может быть принято
равным при действующих 7, 15, 25 газогенераторах соответ-
ственно 1, 2, 3.
V определяется следующим образом. Если F — площадь
сечения шахты газогенератора (в м2), и — интенсивность га-
зификации (в кг/м2 час), а — количество газа, получающе-
гося из 1 кг топлива (в ж3), то
V	= Fua\
N=~—4- п.
ruaq
При замене газообразным топливом твердого топлива расход
твердого топлива Т (кг/час) определится следующим об-
разом: t
~ Q100
где Q — расход тепла в ккал[час\
ij — коэффициент использования тепла в процентах от
тепла, внесенного топливом;
QT — теплотворная способность топлива в ккал/кг.
При использовании газа в качестве химического сырья
расход газа определяется по требуемому количеству газа и
его составу.
96
VI	. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫМ ПУТЕМ
КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ГАЗОГЕНЕРАТОРОВ
Н. А. Костылевым [15] и. Д. Б. Гинзбургом [17], были пред-
ложены методы расчетов газогенераторов. По Н. А. Костыле-
ву расчет газогенератора сводится к следующему.
Принимаем высоту генератора — Нм, среднее сечение
шахты генератора — «мг2, площадь колосниковой решетки —
(j)
5 м2, обозначая -х- через А,
где Аг— отношение среднего сечения генератора или столба,
сгораемого в генераторе ®' к площади колоснико-
вой решетки;
Hi — высота сгораемого топлива в генераторе;
Q м* — количество топлива, сгорающего в сутки на I м*
колосниковой решетки. Тогда будем иметь:
объем генератора— AHS;
объем топлива в генераторе — AiHtS;
количество сгорающего в сутки топлива — QS;
время пребывания топлива в генераторе (в долях суток) —
А1Н15_А1Я1
QS ~ Q ~ '
отношение объема генератора к суточному расходу топ-
лива —	___
A//S _ А//
QS Q ~ :
отношение объема генератора к объему топлива, в нем
заключающемуся,—
AHS	АН	С
AXHXS А1Н1	В ‘
При газификации топлива, загружаемого без зазоров между
ним и стенками шахты, имеем:
7 Г. М. Дешалмт
97
Т а б л h u а 38
Данные,* предложенные Н. А. Костылевым
г Показа тели	Количество			
	бурого угля, 1 -И1	каменного угля, м*	полуантра- цита, м3	торфа, м3
0.45 0,1^
3,5
0,55
1,4
1
Эти данные в настоящее время должны быть заменены
другими. Для Q могут быть приняты величины: при газифи-
кации бурого угля — 8,5 м3, мелкого кокса (коксика)—
6,9 л:3 и т. д.; В для бурого угля — 0,2—0,3, для мелкого
кокса (коксика)—0,14—0,15 и г. д.; величина может
быть принята равной 2—2,5.
Пользуясь указанными данными, можно определить рас-
четным путем следующие размеры газогенератора, например,
для случая газификации мелкого кокса (коксика).
Принимаем, что в сутки может быть сгазифицировано в
газогенераторе 34 т коксика; объем коксика, имеющего объ-
емный вес 800 кг/м3,— 42,4 м3. Отсюда количество коксика.
газифицируемого в сутки на 1 м2 колосниковой решетки,
равно
(6,1 м7—площадь сечения колосниковой решетки);
высота газогенератора
высота слоя топлива в газогенераторе
диаметр газогенератора принимается равным 3,0 м.
Метод определения расчетным путем конструктивных эле
ментов газогенераторов изложен в книге Д. Б. Гинзбурга [17].
Z ft -•
VII. РАСЧЕТЫ ПО ВОДЯНОМУ ГАЗУ
Образование водяного газа характеризуется протеканием
следующих реакций:
C + HaO«CO + Ht
(эта реакция протекает при более высоких температурах, по-
рядка 1000°С и выше);
С + 2Н2О « СОВ + 2На . < 1 z ~ *
(эта реакция протекает при более низких температурах, по-
рядка 900—10и0° С).
По первой реакции образуется газ,-состоящий из 50% Н2,
и 50% СО, по второй — газ, состоящий из 33,33% СО2 и
66,67% Н2.
При получении водяного газа обе реакции могут протекать
одновременно; из условия наличия в смеси всех компёнентов,
, входящих в состав водяного газа, включая и неразложенный
водяной пар, вытекает основное авнение образования водя-
ного газа
, СО + Н2О т=± СО2 + Н2;
константа равновесия этой реакции.
Р -Р
• 'со 'KjO
^р ~~ р .р »
^со2 ^н2	. .
и численные значения ее для ряда температур следующие:
°C	500	600	700	800	900	1000
/<р	0,15	0,32	0,58	0,90	, 1,25*	1,62
А. Ф. Капустинским (21] приводится следующая формула
для подсчета
1 g /Ср = ~ 2293-’-2-4 — 5,1588 • 10~5 Г—2 • 5426 • 10~7 Л +
+7.461-Ю"11 Л 4-2,3,
где Т — абсолютная температура, при которой происходит
образование водяного газа.
99
ЛАожно установить, что константа равновесия равна еди-
нице, т. е. lg/Cp^=lg 1=0, при температуре 830°С.
По данным А. Ф. Капустинского [21], при этой темпе-
ратуре водород и окись углерода обладают одинаковой вос-
становительной способностью; при температуре ниже 830°
окись углерода оказывает более сильное восстановительное
действие, че^м водород; при более высоких температурах во-
дород — лучший восстановитель.
В состав водяного газа входят компоненты СО2, СО, Н2;
И2О. Если принять, что водяные пары сконденсированы и
СО? (в результате определения) известно — а%, то Н2 и СО
могут быть определены следующим образом.
Так как кислород, содержащийся в СО и СО? получается
при разложении^ водяного пара, то
П2 ~СО + 2СО2 - СО -}-2а,
затем Н2 СО СО. = 1007сл или 2СО + 3	100.
Отсюда
100 — За 3
о ' OU п
Н2 = 50--|
£-4
ci 2а = 50 -f-	•
Возвращаясь к обратимой реакции образования водяного
газа СО + Н2О СО2-|- Н2, можно отметить, что из двух
объемов (СО Н2О) образуются также два объема (СО2+
-f-H2); таким образом, реакция не зависит от давления. Од-
нако состав водяного газа при той или иной температуре за-
висит от давления.
В самом деле, из уравнения СО + Н2О ^СО24~ Н2
имеем:
С С
, __^СО HtO
кр “ с С 9
^СО3 ^Н8
или
С А\с
С0 — р Н2
'СО» СН2О
Отношение зависит от температуры; протекание самой
ССО2
реакции COt + C^=±2CO зависит от давления; отсюда давле-
ние должно сказываться и на равновесное состояние реакции
водяного газа.
По данным Юптнера [22], в водяном газе будет тем боль-
ше СО2 и неразложенпого пара и тем меньше СО и водорода,
100
чем больше давление, и наоборот. Это подтверждается дан
нымн следующей таблицы.
Таблица 39
Изменение содержания компонентов водяного газа с изменением
давления
Давление в атм	Состав в объемных процентах	 do	со,	н, | н3о
ОД 1342	46.684	1,6932	50,0704	1,5524
0,52093	45.914	2,0804	50,0718	1,9368
0,85212	43,844	3,0981	50.0402	3,0177
1,07955	42,633	3,6842	49,9974	3,6874
1,55180	40,351	4,7590	49,8690	5,0210
1,67320	39,822	5,0047	49,8304	5,3419
2,04420	38,357	5,6708	49,6986	6,2736
2,29770	37,442	6,0801	49,6020	6,8757
Приводим несколько примерных			расчетов, связанных с	
определением константы равновесия			водяного газа. /	
Приме]	э 1. Определить константу равновесия реакции			
получения водяного газа при 1127,			если при температуре	
527° Л'р = 0,0425.				
Термохимическое уравнение при получении водяногогаза?
С 4- HgO «=± СО + Н2 — 28 150 ккал.
Исходя из уравнения Вант-Гоффа, находим Ар при 1127°С.
''	t Kt _ Я
*g ~ 4,573	Т)'
где А^ 0,0425; <7 = 28150;
Г = 273 + 527 = 800°К;
Т = 1127 -f- 273 = 1400°К.
Подставляя ^ти значения, получаем
К9 28150/ 1___________________________1\
g ‘о/йгУ — 4,573 \8оо	1400/’
lgK₽ =
1,922.
Отсюда
Р Р
... _ СО Ч12
Ар — р	83,56.
^Н2О
Пример 2. Для реакции
Н,0 4- СО со, 4- н21 Kv =» гг^-р-'
4 наосо
Габером было предложено уравнение
1е кп = - -	+ 0,783 1g Г - 0,000437".
101
Теплота реакции CO-f- - О2—СО., равна 68 000 ккал при 18°С.
л*
Требуется определить:
1)	теплоту реакции СО + Н2О СО2+Н2 при 18°С;
2)	состав водяного газа (СО2, Н21 СО, Н2О), находящегося
в равновесии при 1000°К;
3)	теплоту сгорания Н2.
~ 2-^- + °-~-0,4343 -0,00043=0,02573 (при 18°).
Теплота реакции Q ==4,576	= 9970.
С* л	\Лг л
Состав водяного газа:
lg^(nPH 1000°К) = — 0,197 = lg
/н2о + ^со + рсо4 + рн2 1;
^Н2О ~ РСО ’	= Рсо г
Р2
I g КР = 1g ——----7Г =-0,197;
I ---Р I
\ Н» /
А. =0,22175.
При общем давлении в 1 атм Рс0 =0,27875.
Пример 3. Принимая константу равновесия водяного
газа 2,28, найти его состав.
Так как начальные концентрации Н2О и СО равны 50%,
то, полагая концентрацию образовавшихся СО2 и Н2 равной
х%, будем иметь:
= 2,28,
откуда х=19,9%, т. е. СОЧ и Н2 в равновесной смеси на-
ходится по 19,9%, Н2О и СО —по 30,1%.
Приводим примерный расчет состава водяного газа.
Исходным сырьем для получения водяного газа служится г-
ранит марки^ЛК- Элементарный состав рабочей массы топли-
ва следующий:
Ср = 84.4%; Нр = 1,В5%; Sp = l,45%;
Np = 0,6%;	Ор=1,2%; Гр = 5%;
зольность топлива Др=5,7%.
102
Количество уноса составляет и 7и _
•ва; состав уноса характеризуется следующими данными.
Сс —63,1%; Нс — 0,7%;Ог — 1,2%;
Sc— 0,2%; Nc—-0,5;
зольность уноса Лс = 34,3%.
На 100 кг топлива газифицируется углерода
84,4 — 0,06 • 84,4 = 79,34 кг.
Потерями других элементов пренебрегаем.	.
Состав топлива (в кг-мол);
С — 79,34:12 = 6,610
Н — 1,65: 2 = 0,825
О — 1,2:32 = 0,0375
S — 1,45 :32 = 0,0454
N — 0,6:28 = 0,0214
1ГР —	5:18= 0,278
Расчет состава газа проведем по методу Н. Н. Доброхо-
това- По этому методу, как уже указывалось, процессы, про-
исходящие в генераторе, подразделяются на процессы, про-
исходящие в верхней части генератора — подсушка и нагрев
топлива без доступа воздуха — и в нижней части — основ-
ной генераторный процесс.
Расчеты процессов, происходящих в верхней части гене-
ратора, основаны на данных практического характера.
Для определения состава газа в реакционной зоне исхо-
дим из следующих уравнений:
СО2+ СО = С
(баланс углерода, С — число килограмм-молекул углерода,
подвергающихся газификации);
Н2+ Н2О = W
(баланс водорода, U7—число килограмм-молекул вводимого
пара);
N
2СО, + СО= Й- +Н,
(баланс кислорода,
хом кислорода);
N,
— число атомов вводимого с возду-
рсо' рнго
РСОг 'PHS
(Кр — значение константы равновесия в температурных усло-
виях реакционной зоны).
103
Определяем состав газов периодов воздушного и паро-
вого дутья.
Принимаем, что при нагреве топлива без доступа воз-
духа 50% кислорода топлива переходит во влагу и 50% —в
СО; 80% серы переходит в сероводород и 20%-— в шлак;
50% водорода переходит в метан.
Метан
Расходуется Н — 0,825 0,5 — 0,4125 кг-мол
„ С — 0,4125 0,5 — 0,206
Образуется СН4 —	0,206	„
Водяные пары
Расходуется О —0,0375 • 0,5 = 0,01875 кг-мол
. Н - 0,01875 • 2 =0.0375
Образуется водяных паров — 0,0375
„ влаги топлива —0,278
всего влаги	—0,3155	„
Окись углерода
Расходуется О — 0,0375 • 0,5 = 0,01875 кг-мол, т. е. 50%
С-0,01875 -2 =0,0375 кг-мол
Образуется СО	—	0,0375
Сероводород
Расходуется серы — 0.0454-0,8 = 0,0363 кг-мол
* водорода —	0,0363	„
Образуется сероводорода —	0,0363
Водород
Израсходовано водорода
0,4125 + 0,0375 4- 0,0363 = 0,4863 кг-мол;
остается и выделяется в виде газообразного водорода
0,825 — 0,4863 = 0,3387 кг-мол.
Азот
В газ переходит 0,0214 кг-мол.
Углерод
Израсходовано
0,206 4- 0,0375 = 0,2435 кг-мол;
газифицируется 6,61 — 0,2435 = 6.3665 кг-мол.
Процессы, происходящие в реакционной зоне при
воздушном дутье
Принимаем, что 30% всего углерода сгорает в СО и
70% — в СО2. Тогда имеем:
СО2 4- СО = 6,3665 кг-мол;
104
2,3 CO
70
нх- CO = 2,300;
uU
Co = 6,3665;
CO=^=I,93;
СОг = 6,3665—1,93 = 4,4365, т. e образуется
CO = 1,93 кг-мол,
CO, = 4,4365 ,
Кислорода в этих компонентах газа содержится:
в СО — 1,93, в СО2 —4,4365 - 2 = 8-8730;
всего — 10,803 атома.
Введено азота
10,803-79 оп „
.................-jn-----= 20,3 кг-мол-,
1 ZW
введено воздуха
10,803 100 ос.
—:—-------= 25,/ кг-мол.
42
I
Таблица
40
Состав и выход газов при воздушном дутье
Наименова- ние компо- нентов газа	Выход продуктов		Суммарный выход про- дуктов в кг-мол	Состав газа °/0	
	при нагре- вании без доступа воздуха в кг-мол	в реакцион- ной зоне в кг-мол		1 влажного	безвлаж- ного
СОв	*	4,4365	4,4365	16.00	16,20
СО	0,0375	1,93	1,9675	7,15	7,26
на	0.3387		0.3387	1,23	1,25
сн4	0,2060	"- ' 	0,2063	0.745	0,755
H.S	0,0363	— ——	0,0363	0,133	0,135
Nj	0.0214	20,3	20,3214	73,60	74,40
HjO	0,3155		0,3155	1,142	——
Всего . .	0,9554	26,6665	27,6219	100 1	1	100 1 1
влажных
Выход газов из 1 кг топлива (лг*/кг):
27,6219-22,4
возд —	100
(27,6219-0,3155)-22,4
сухих —
B0U
100
105
расход воздуха —
25.7-22,4
,100
= 5,75,
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА ГАЗА ПРИ ПАРОВОМ ДУТЬЕ
Процессы, происходящие в зоне нагрева топлива без
доступа воздуха
Принимаем те же допущения, что и в случае воздушного
дутья; это оправдывается малым выходом летучих веществ,
следовательно, незначительным количеством выделяющихся
продуктов. Выходом азота пренебрегаем.
Процессы, происходящие в реакционной зоне
Принимаем, что степень разложения водяного пара со-
ставляет 75% и что
/Г - С0 •	- 9 9-
р~ СО2Н3 ' '
СО2 + СО = 6,3665 кг-жол;
2СО2 + СО = Н2;
Н3 : Н2О = 75 : 25.
Находим, чему равно Н2 из последнего соотношения:
Н2 = ЗН2О.
Подставляем значение Н2 в выражение для К Р:
. СОНаО= СОН2О
р —СО.-Н, СО-.-ЗН2О
Отсюда СО = 6,6 СО2.
Следовательно:
СО2 + 6,6 СО2 =6,3665 кг-мол.
СО2 = 0,84 кг-мол,
СО = 6,3665 — 0.84 = 5,5265 кг-мол,
Н2 = 2.0,84 + 5,5265 = 7,2065 кг-мол;
тогда
7,2065 о .
Н«О = —-------= 2,4 кг-мол.
а	3
Итак, СО2 — 0,84 кг-мол
СО =5,5265 „
Н, = 7,2065 „
Н2О = 2,400	„
Определяем выход газов (в м*/кг);
22 4
влажных — Увл = 16,907	= 3,8;
Юб
Таблица 41
Выход и состав водяного газа
Выход и состав водяного газа
Компонен- ты газа	Выход продуктов		Суммарный выход про- дуктов в кг-мол	Состав газа и °/t	
	при нагреве без доступа воздуха в кг-мол	в реакцион- ной зоне в кг-мол		влажного	безвлаж- него
СО,		0,8400	0,840	4.96	5.9
СО	0,0375	5.5265	5,564	33,00	39,40
Н»	0.3387	7,2065	7,5452	44,60	51,00
сн4	0,206	«	0,2060	1,22	1,44
HjS	0,0363	** *—	0,0363	0.22	0,26
N,	•—	-  	 	 	—
Н1О	0,3155	2,4000	2,7155	16,00	МММ
Всего . .	0,9340	15,973	16,9070	100’ .	100 '
22 4
сухих — Усух (16,907 — 2,7155) -==£-~3,18.
Ivv .
Расход пара на 1 кг топлива:
(7,2065 + 2,4)
= 1,73 «г/кг.
Получение водяного газа
Составляем тепловой баланс периода парового дутья,
считая на >100 кг рабочего топлива.	t
Приходные статьи
Тепло топлива	«
Qi = 7331,5- 100 = 733150 ккал.
Физическое тепло топлива
Q2 = 100 • 0.312 • 20 = 624 ккал,
где 0,312 ккал/кг, °C—теплоемкость топлива;
20° — принятая температура топлива.
Теплосодержание пара
Q3 = (594,7 + 0,477 t n) On,
где'/п—температура пара.
Температура пара определяется следующим образом.
Продолжительность верхнего дутья паром равна
81,6 сек. (IV фаза); температура пара нижнего дутья равна
107
127° (давление пара — 2,5 атм); продолжительность дутья
паром снизу составляет 79,2 + 21,6 сек. (ill и V фазы).
Тогда средняя температура 1 кг пара равна
725-81.6+(79,2 4-21,6)-127_	0
.	81,64-79,24-21,6
Отсюда теплосодержание пара
Оз = (594,7 + 0,477 • 395) 173 = 135000 ккал.
Приходные статьи н сумме составляют 868 774 ккал.
Расходные статьи
Выход сухого водяного газа — 3.18 м3{кг.
Теплотворная способность сухого (безвлажного) водяно-
го газа:
3035-0,394 + 3050 - 0,5| + 9565-0,0144 + 6076-0,0026 =
— 2964 ккал/нм3,
Q\ =3,18-100-2964 = 942500 ккал.
Физическое тепло сухого водяного газа
Q. - ^ср,
где V —3,18 м3/кг — выход сухого водяного газа;
4Р — средняя за цикл температура водяного газа;
С* —теплоемкость сухого водяного газа, определяемая
по составу газа при /ср.
Принимаем температуру «верхнего» водяного таза рав-
ной 350е температуру «нижнего» водяного газа равной 568°.
Продолжительность дутья снизу (III и V фазы) равна
79,2 + 21,6 = 100,8 сек.
Продолжительность дутья сверху (IV фаза) равна 81,6
сек., поэтому 4
_ 100,8-560 + 350-81,6 _ по
ср“" 100,8 4- 81,6	~4уи-
При этой температуре теплоемкость водяного газа
С' =0,0144-0,522 4-0,394 0,322 4- 0,53-0,3224-0,059-0,467 =
= 0,333 к кал/нм,3" С,
Qa = 3,18-100-0,333-490 = 51900 ккал.
Теплосодержание влаги водяного газа
Qa = (594,7 4- 0,477 /cp)gM,
где gB_, = 2,7155-18 — содержание влаги в водяном газе в «г.
Q, = (594,7+ 0,477-490) 2,7155-18= 40600 ккал.
108
Вес уноса на 100 кг топлива — 6 кг,
теплотворная способность уноса — 5300 ккал/кг.
Отсюда = 5300 * 6 =» 31800 ккал.
Физическое тепло уноса
(?; = 6 • 0,312 • 560 = 1050 ккал,
где 6 — вес уноса в кг\
0,312 ккал/кг °C — теплоемкость уноса;
560° —температура уноса.
Тепло, уносимое шлаком,
Qe *= 8,77 • 2900 = 25400 ккал.
где 8,77 — количество шлака (в кг), образующегося из
100 кг топлива;
2900 ккал] кг — теплотворная способность шлака.
Физическое тепло шлака яшлС'/шл,
где £шл — 8,77 — вес шлака в кг:
С'— теплоемкость шлака при температуре шлака —
0,25 ккал/кг°С-,	>	-ч
Лил — составляет 350°С;
Qi = 8,77 • 0,25 • 350 = 767 ккал.
Потерю тепла в окружающую среду и пароводяную ру-
башку принимаем равной 6% от прихода:
Qnor = 868774 • 0,06 — 52 000 ккал.
Сумма расходных статей — 1 146017 ккал.
Количество тепла, отдаваемое слоем топлива,
(?в = 868 774 —1 146017 = — 277243 ккал.
I
Составляем тепловой баланс периода воздушного дутья
на 100 кг рабочего топлива.
Приходные статьи
Тепло горения топлива
Qi = 100-7331,5= 733150 ккал.
Физическое тепло топлива
Q2 = 100 • 0,312 • 20 = 624 ккал.
Физическое тепло воздуха
<?з=^всув, .
где К, = 575 ле3/100 кг —расход воздуха на 100 кг топлива;
О =0,312 ккал/м.3,С — теплоемкость воздуха при 4=20°;
-температуру поступающего воздуха принимаем рав-
ной 20°.
Qs = 575-0.312-20 = 3590 ккал.
109
Таблица 42
Тепловой баланс периода парового дутья
а ПрИХОД	Количество		Расход	Количество	
	в ккал	В %		в ккал	В °/в
Тепло топлива . . . Физическое тепло . топлива 	 Теплосодержание пара		733150 624 135000	84,5 0,07 15,5	Теплотворная способность безвлажного водяного газа Физическое тепло водяного газа Теплосодержание водяных паров водяного газа Тепло уноса . . Физическое тепло уноса .... Тепло-шлака . . Физическое тепло шлака .... Потери тепла в окружающую среду .... Отдается слоем топлива . .' .	942500 51900 40600 31800 1050 25400 767 52000 -277243	i ! 1 108,50 6.00 4 60 3,68 0,12 2.93 0.09 6,00 -32,00
Всего. . . .	868774 1	гх, 103		868774	^100
Физическое тепло влаги воздуха.
При 20° в воздухе содержится 17.3 г/м3 водяных паров,
или 0,0173 кг/м3\ вместе с воздухом будет введено водяных
паров 575-0,0173 кг.
Теплосодержание водяных паров
= 575-0,0173 (594,7 + 0,477 • 20) = 6000 ккал.
В сумме приходные статьи.составляют 743360 ккал.
Расходные статьи
Теплотворная способность газов воздушного дутья
Q\ = 6,1 • 100-338 = 206000 ккал,
где 6,1 — выход газов воздушного дутья с 1 «г топлива;
338 — теплотворная способность 1н.и3 газа воздушного
дутья.
Физическое тепло сухих газов воздушного дутья
Q's Коэл Clpt = 6,1 • 100 • 0,351 • 600 й 128 500 ккал.
по
Теплосодержание влаги газов воздушного дутья.
(?; =(594,7 4-0,477/) ^=(594,7+ 0,477600)0,3155-18= 5000 ккал*
где 0,3155 — кг-мол водяных паров, считая на 100 кг топлива.
Тепло уноса
£унФун<
где gyH — унос—б кг, — принятый равным 6% от веса рабо*
чего топлива;
Qyu—теплотворная способность'уноса, равная 5300 ккал/кг,
Q1 = 6 • 5300 = 31800 ккал.
Физическое тепло уноса
q; = ОуНс‘/,
где Оун — вес уноса;
С —0,312 ккал/кг — теплоемкость уноса при 600°;
Q'5 = 6 0,312-600 = 1120 ккал.
Тепло шлака
Qc = ^шлСшл»
где Ощл — количество шлака, получаемого из 100 кг топлива;
<?шл — теплотворная способность шлака.
Количество шлака
5шл ==	+ Сшл,
где Др — 5,7 — зольность рабочей массы топлива;
С,|1Л — количество горючего в шдаке, определяется по
формуле
г ДР'СР
'	шж ~ 100 -Ср ’
где С₽ — содержание горючего в провале.
Тогда б,пл = 5,7 +
5,7-35
100 — 35
= 8,77 кг/100 кг топлива.
Элементарный состав шлака принимается следующим(в%);
С₽ — 35; НР-0,2, № = 0.2,
О’ —0,35, Sp — 0,64;
его теплотворная способность — 2900 ккал)кг-,
Q‘t = 8,77-2900 = 25400 ккал.
Физическое тепло шлака
Q'. ='8,77-0,25-350 = 767 ккал.
где 0,25 ккал]кг°С — теплоемкость шлака при 350°.
111
Потери н окружающую среду
Q’> = Q прихода 0,06,
где Q прихода = 743364 ккал—тепло, вводимое в газо
генератор.
На основании практических данных потерн тепла в окпс
«ч- -rv-K^vr
Б.е\ "входных сглгеЛ геплозоп? баланса <>гсюда а гм
потери
V- “ *43364-0,06-- 446Л> хлч?.л
Тепло, аккумулируемое слоем топлива, определяется по раз-
ности между приходом и суммой всех статей расхода:
743364 — 443187 = 300177 ккал.
На основании произведенных выше расчетов составляется
таблица теплового баланса, считая на 100 кг рабочего топ-
лива.
Таблица 43
Тепловой баланс периода воздушного дутья
Приход	Количество		Расход	Количество	
	в ккал	В и/о		в ккал	В %
Тепло топлива . .	733150	98.60	Тепло горения га-		
			зов воздушного ,дутья 		206000	27,70
Физическое тепло			Физическое тепло		
топлива ....	624	0,085	сухих газов воз- душного дутья .	128500	17,25
Физическое тепло			Теплосодержание		
воздуха ....	3590	0,485	влаги газов воз* душного дутья .	5000	0,67
Физическое тепло			Тепло уноса . . .	31800	4,29
влаги воздуха .	6000	0,81	Физическое тепло		
			уноса 		1120	0,15
			Тепло шлака . . Физическое тепло	25400	3,42
			шлака		- 767	0,10
			Потери тепла в ок-		
			решающую среду н пароводяную рубашку ....	44600	6,00
			Тепло, аккумулн-		
			рованное слоем топлива, опреде- ляется по раз- ности между при-	1	•
			ходом и расходом	300177	40,10
Всего. . . .	743364	100		743364	1С0
112
Получение водяного газа с учетом воздушного и паровою
,	дутья
Соотношение между количеством топлива, газифицирую-
щегося при воздушном и паровом дутье, определяется из урав-
нения теплового баланса; очевидно, положительный тепловой
эффект воздушного дутья должен перекрываться отрицатель-
парового дутья. Поэтому можно на-
\ ЛЧМ . .	.	к Ъ ?	<
। чЦЧЧ х\х мно Глч \ м\ знр\о\ьч' слоем Нчынна Н|ш
воздушном д\ гье>,
277243 ккал — тепло, огданаемое слоем юнлинц |цщ ццрн
вом дутье.
Из приведенного уравнения имеем, что х = 48,3 кг, т. с.
при воздушном дутье газифицируется 48,3%’ топлива, а при
паровом — 51,7%..
На основании сказанного выше расход пара при паровом
дутье
6П= 1,73-100-0,517 = 89,5 кг;
расход воздуха при воздушном дутье.
Ув = 5,75-100-0,483 = 277 .и3;
выход газов при воздушном дутье (в л<8):
влажных
У; = 6,2-100-0,483 = 299;
сухих
У" = 6,1-100-0,483 = 294;
выход газов при паровом дутье (в .и3):
t	влажных
У'в-3,8-100-0,517 =196;
сухих
У" —3 18-100-0,517 = 165.
Тепловой баланс получения водяного газа
с учетом парового и воздушного дутья
Приходные статьи
Потенциальное тепло топлива
7331,5- 100 = 7331-50 ккал.
Физическое тепло топлива
100  0,312 • 20 = 624 ккал.
8 Г, И. Дешалит
113
Влага газа воздушного дутья
g2 = 0,3155-18-0,483 = 2,73 кг.
безвлажный водяной газ
V' г-твод.г= 163-0,675= 111,4 кг;
влага водяного газа
£< = 2,7155-18-0,517 = 25,4 кг,
где 2,7155 — количество водяного пара в кг-мол\
2,7155-18 — вес водяного пара в кг.
' Унос gh — 6 кг.
Шлак g€ = 8,77 кг.
Таблица 45
Материальный баланс процесса получения водяного газа
Приход	Количество		Расход 1	Количество	
	в кг	В ’/о		в кг	В 7.
Сухое топливо . , Влага топлива . . Воздух	 Влага воздуха . . Водяной пар . . .	95 5 358 4,8 89,5	17,20 0,90 64.90 0,87 16,12 1	Сухой воздушный газ	 Влага воздушного газа	 Сухой водяной газ Влага водяного газа	 Унос	 Шлак		398 2,73 111,4 25,4 6 |	8,77	72,10 0,50 20,12 4,60 1.09 1,59
Итого. .	551,3 •	100		551,3	1 100
Определяем интенсивность потоков водяного газа по фа-
зам, исходя ’из следующих условий:
1)	'производительность одного генератора по газу состав-
ляет 3560 мЛ!час\
2)	полный цикл работы генератора водяного газа (шесть
фаз) длится 240 сек.
Первая фаза	длится	52,8	сек.
вторая „	я	2,4	•
третья ,	я	79,2	я
четвертая „	я	81,6	я
пятая	„	п	21,6	я
шестая „	я	2,4	я
3)	Товарный газ получается в течение третьей, четвертой-
и пятой фаз, т. е. в течение
79,2 4- 81,6 + 21,6 = 182,4 сек.
116
4)	Интенсивность образования водяного газа по отдель-
ным- фазам:
в третьей фазе — 62,5%»
в четвертой » —31,25%,
н пятой » — 6,25%.
Один генератор в течение одного часа дает отдельно по
фазам следующие количества газа (в м*!час)\
в третьей фазе: 3560 X 0,625 = 2225,
в четвертой » : 3560 X 0,3125 = 1112,5,
в пятой	» : 3560 X 0,0625 — 222,5.
Интенсивность потоков водяного газа по фазам (в м9),
в третьей фазе:
в четвертой »
2225-240
79,2
=6750,
1112,5-240
81,6
= 3270,
в пятой
222,5-240 _
21,6
Определяем максимальную интенсивность потока на ге-
нераторной станции водяного газа, исходя из следующих
условий.
Число работающих газогенераторов — семь;
цикл — четырехминутный;
продолжительность получения водяного газа за третью;
четвертую, пятую фазы— 182,4 сек.
Производительность одного газогенератора по газу
3560 нм31час.
При семи работающих генераторах сдвиг фаз составляет
7? цикла; тогда количество газогенераторов, работающих в
одной фазе, равно
7-182,4
т. е. в некоторое время могут одновременно иметь совпа-
дение фаз максимально шесть газогенераторов.
* Отсюда максимальная интенсивность потока водяного газа
равна
3560-6-240 QCnnn 3/
---т—------=28000 нм* час.
182,4
Определяем интенсивность парового дутья для одного га-
зогенератора водяного газа, -исходя из следующих условии.
Количество топлива, газифицируемого в одном газогене-
раторе— 2160 кг!час\
расход водяного пара на 1 кг топлива — 0,895 кг/кг;
117
I
Влага газа воздушного дутья
g2 = 0,3155-18-0,483 = 2,73 кг.
безвлажный водяной газ
g& = ^в.г-Твод-г== 165-0,675=111,4 кг;
влага водяного газа
= 2,7155-18-0,517 = 25,4 кг,
где 2,7155 — количество водяного пара в кг-мол;
2,7155-18 — вес водяного пара в кг.
' Унос gt — 6 кг.
Шлак gt = 8,77 кг.
Таблица 45
Материальный баланс процесса получения водяного газа
Приход	Количество		Расход 1	Количество	
	в кг	В °/о		в кг	в 7»
Сухое топливо . . Влага топлива . . Воздух	 Влага воздуха . . Водяной пар . . .	95 5 358 4,8 89,5	17,20 0,90 64,90 0,87 16,12 '	Сухой воздушный газ	 Влага воздушного газа	 Сухой водяной газ Влага водяного газа	 Унос	 1 Шлак		398 2,73 111,4 25,4 6 |	8,77	72,10 0.50 20,12 4,60 1,09 1,59
Итого. .	551,3 •	100		551,3	100
Определяем интенсивность потоков водяного газа по фа-
зам, исходя 'из следующих условий:
1)	'производительность одного генератора по газу состав-
ляет 3560 мЛ!час\
2)	полный цикл работы генератора водяного газа (шесть
фаз) длится 240 сек.
Первая фаза	длится	52,8	сек.
вторая „		2,4	•
третья „	я	79,2	
четвертая „	и	81,6	п
пятая	п	»	21,6	П
шестая „	п	2,4	п
3)	Товарный газ получается в течение третьей, четвертой-
и пятой фаз, т. е. в течение
79,2 4- 81,6 + 21,6 = 182,4 сек.
♦
116
4)	Интенсивность образования водяного газа по отдель-
ным. фазам:
в третьей фазе — 62,5%»
в четвертой » —31,25%,
в пятой » — 6,25%..
Один генератор в течение одного часа дает отдельно по
фазам следующие количества газа (в м?!час)'.
в третьей фазе: 3560 X 0,625 = 2225,
в четвертой » : 3560 X 0,3125 = 1112,5,
в пятой	» : 3560 X 0,0625 = 222,5.
Интенсивность потоков водяного газа по фазам (в ж’),
х ,	2225-240
в третьей фазе: —— = 6750,
1112,5-240
в четвертой »	----------= 3270,
ol ,0
„	222,5-240
в пятой „	----— = 2470.
1 • kJ
Определяем максимальную интенсивность потока на ге-
нераторной станции водяного газа, исходя из следующих
условий.
Число работающих газогенераторов — семь;
цикл — четырехминутный;
продолжительность получения водяного газа за третью;
четвертую, пятую фазы — 182,4 сек.
Производительность одного газогенератора по газу
3560 нм3!час.
При семи работающих генераторах сдвиг фаз составляет
7? цикла; тогда количество газогенераторов, работающих в
одной фазге, равно
7 182,4
П~ 240
— 5,3,
т. е. в некоторое время могут одновременно иметь совпа-
дение фаз максимально шесть газогенераторов.
‘ Отсюда максимальная интенсивность потока водяного газа
равна
3560-6-240 ОСПАА 3.
----готгт---=28000 нм? час.
182,4
Определяем интенсивность парового дутья для одного га-
зогенератора водяного газа, «исходя из следующих условий.
Количество топлива, газифицируемого в одном газогене-
раторе— 2160 кг!час\
расход водяного пара на 1 кг топлива — 0,895 кг/кг;
117
может быть представлено следующим образом:
СО. 100 = —
н. + Н,0 V
т. е. количество углерода, израсходованного на 100 молей
свежего пара, может быть действительно выражено по сте-
пени разложении водяного пара и относительному содержа-
нию окиси углерода.
При обследовании раб.оты газогенератора водяного газа
были получены следующие данные.
Таблиц! 47
Тепловой баланс процесса газификации
лисичанского кокса для получения водяного газа
№ п/п	Наименование статей	Количество	
		в'ккал ।	В %
	Приход		
1	Теплопроизводительность топлива	609500	82,47
2	Теплосодержание воздуха	1600	0.22
3	.	влаги воздуха	1856	0.25
4	v	лара	126086	17,06
	Итого . .	739042	100,00
	Расход		
5	Теплотворная способность водяного газр	388352	* 52,55
	Теплотворная способность воздушного		
6	газа	102284	13.84
7	Теплосодержание сухого водяного газа	21636	2,93
8	Теплосодержание сухого воздушного газа	45190	6.11
V	Теплосодержание влаги газа	100810	13.64
10	Потери со шлаком	10449	1,41
11	Потери с уносом	14175	1,92
	Итого . .	1	682896	92.40
12	Потери в окружающую среду, парообра-		
	зоваяяе в пароводяной рубашке и проч.		
	(определяем по разности)	56146	7.60
	Баланс. .	739042	100.0U
Дч 388352 езто/
Определяем: 1) к. п. д. газификации	100=o3J70;
ьиуоии
2) к. п. д. газогенератора на холодный газ:
388352-100
739042
= 52,55 <70.
Наряду с составлением материального и теплового балансов
при обследовании работы газогенератора водяного газа со-
ставлялся также баланс кинетической энергии [23].
120
Таблица 48
Баланс кинетической энергии
№ п/п	Наименование статей		Коли» в ккал 	i		1естно 	1,
			
	Приход.	*4	
1	Образование COj в воздушном газе	186023	80,25
2	Образование СО в воздушном газе	30363	13,10
3	Физическое тепло пара	15431	6,65
	Итого. .	231817	100,00	Г
	Расход		
1	Образование водорода в водяном газе	77311	33.38	• ,
2	Теплосодержание сухого водяного газа	22293	9,60
3	Теплосодержание воздушного газа	49282	21,28
4	Перегрев неразложенного пара	18925	8,16
5	Перегрев паров воды, содержащихся в		•
	воздухе	655	0,28
6	Испарение и перегрев влаги топлива	4611	1.99	,
7	Потери в окружающую среду	65104	28,11	и
	Итого. .	238181	102,80 .ц
8	Невязка	—6364	-2,80
	Баланс. .	231817	100
Состав лисичанского был следующим:			кокса	в пересчете на рабочее топливо,					
V7P		СР °общ	ср	НР	NP	ОР	Vе	уг	
3,69	16,58	3,28	75,49	0,54	0,62		2.58	3,14	
		Теплотворная способность кокса:						я	
<?” = 6152. Q” ~ 6111 ккал)кг.
Степень разложения водяного пара в % — 72,5.
удельный расход пара в кг!кг	— 0,84.
расход воздуха на рабочее топливо в м*}кг — 2,5,
выход водяного газа в м*/кг	— 1,34.
выход воздушного газа в м*/кг	— 2,74,
содержание горючих в шлаке в */•	—16,84,
расход углерода в шлаке в о/0	—4,18,
ш » в уносе в %	—1,99.
Сравнивая данные Р. С. Палта с данными, полученными
расчетным путем, можно видеть, что эти данные имеют тен-
денцию к соответствию (некоторые статьи материального и
теплового балансов близки между собой).
121
VIII. ГАЗИФИКАЦИЯ НА ПАРОКИСЛОРОДНОМ
. ДУТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Топливом служит александрийский бурый уголь следую-
щего состава (в %):
Ср — 42,56
HP— 3,70
Np — 0,45
Ор- 13,72
Sp— 3,60
Зольность и влажность топлива соответственно 17,90 и 18,00°/о
в пересчете на рабочую массу.
Определяем состав и выход газа. Для определения со-
става газа исходим из следующих реакций, имеющих место
при газификации на парокислородном дутье под давлением:
С -f- СО2 « 2 СО — gt ккал,
СО -|- H2Os=±CO, -f- Н, + 9, ккал,
*
С + 2Н2» СН4 + 91 ккал.
Переходим к составлению уравнений, дающих возмож-
ность определить состав генераторного газа при газифика-
ции на парокислородном дутье под давлением.
Принимаем, что в состав генераторного газа входят сле-
дующие компоненты:
Н2, СО, СО2, СН4, Н2О<
Для определения процентного содержания этих компонен-
тов в газе составляем пять уравнений:
РСО2 + Рсо + Рсн4 + =^общ. v
Это уравнение составлено на основании того, что сумма пар-
циальных давлений компонентов должна равняться общему
давлению, под которым находится образовавшийся газ.
Р2
2) СО_ = К1
'со,
*
122
3)	- К,
^СО’^Н2О
*
41 К •
Уравнение (5) составлено, исходя из того, что отношение-
водорода к кислороду в полученном газе и в исходной гази-
фицирующей смеси должны быть равны между собой.
Обозначаем:
На основании ^сказанного^ выше составляем следующие*
уравнения:
После преобразований приведенных уравнений.получаем два1
уравнения второй степени:
1) х + 4- XZ 4- z + -% -\-сх2 — Р = 0;
2)	xz — Dz — ~z2 + 2cx2 = 0.
D u	D
Для определения величины D будем исходить из отноше-
ния водорода к кислороду в газифицирующей смеси. Прини-
маем, что пар и кислород подаются под давлением 20 атм и
123-
соотношение между водяным паром и кислородом состав ляет
85: 151,
е.
или
На0 ’
2
Отсюда Р
20-15 о
“|00~=3 ат"’
тогда
2
= 0,739.
о2 ’ ' нао ' 1 11
Величины констант принимаем на основании имеющихся дан-
ных следующими: Ki = 1,87; /С2 = 0,66; Кз = 0,127. Подстав-
ляя значения А, В, С, D, в уравнения 1 и 22, получаем:
= 3,17
и = 5,37,
Таблица 49
Расчетный состав газа
Компоненты	Парциаль- ные давле- ния в атм	Состав влажного газа в °/0	Со ст а в сухого газа в %	Газ, отмы- тый от СО2. В 7о
со.	5,37	26.80	35,30	
Н2	4,30	21,50	28,30	43,80
со	3,17	15.80	20.80	32,20
сн4	2,34	11,80	1-..60	24,00
н,о	4,82	24,10	-	—
Всего	20	100,00	ч 100,00	100,00
Таков теоретический расчетный состав газа, получающе-
гося при парокислородном дутье под давлением.
Приведенные данные свидетельствуют о расхождениях в
теоретическом и практическом составах газа, однако основ-
ные компоненты этих составов сходны между собой.
1	По данным, приводимым в книге II. В. Шишакова (3], три гази-
фикации под давлением компрессии по ввергается только кислород, со-
ставляющий 14—15% от объема получаемогтг гттаГ~а из геагоатора вы-
ходят компримированными все 100% газа.	~	—
2	После подстановок уравнения (2) решаются совместно графи-*
ческим путем.
124
Таблица 50
Состав газа при газификации на парокисло-
родном дутье под давлением
Компоненты газа	Количество в °/0	
	неочищен- ного газа	очищенного газа
СО2 оа со сн4 Н2 H2S с2нв	31,8 ч и 0,2 18,5 12,2 28,0 2,9 и 3.0	2,38 2.5 0.3 27.2 18.0 41,0 4,2 4,35
Всего ...	100	100
Таблица 51
Состав газа при лабораторной газификации
александрийского бурого угля на парокис-
лородном дутье под давлением [24]
Компоненты
Количество компонен-
тов в %
1-й опыт 2-й опыт
к-остав сырого газа
CO,+HaS	40,3	46,6
*	1,7	2,0
о2	1,8	1.5
со	15,1	19,2
сн4	10,2	8.0
Н2	28,0	16,4
N,	2,9	6,3
Всего. . .	100	100
Состав газа б	ез COi .и HjS	
С nJ 1л	2,9	3,8
О,	3,0	2,8
СО	25,3	35,9
СН4	17,1	15,0
нг	46,9	30,7
n2	4,8	11,8
Всего. . . •	|	100	100
125
Теплотворная способность очищенного газа
<2низш = 0,01 (2855 • % СО + 2410- % Н, + 8005 • СН4 +
+ 14170 C,He + 13520 • С,Н4) ккал[нм»;
<?высш = 0,01 (2855 • % СО + 2855 • % Н2 + 8900- CH£f-
| 15500-CjH/H- 14400-С,^) ккал! нм*.
*•
<2низш = 0,01 (2855 • 27,2 + 2410 • 41,0 4- 8005 • 18,0 +
+ 14170-4,35 + 13520-2,5) =4159,9 ккал/нм3;
Свысш = 0,01 (2855 • 27,2 + 2855 -41,0 + 8900 • 18,0 +
+ 15500-4,35+14400-2,5)4-4587,4 ккал/нм3.
, Определение выхода газа
Исходя из опытных данных газификации александрийских
бурых углей под давлением, принимаем, что выход смолы
составляет 8,0%, газового бензина—1,5%, количество уно-
са— 1%; горючее в провале состоит из углерода.
Потеря углерода в шлаках при зольности топлива 17,9%
и содержании горючего в шлаках 10% составляет
^166—^10	^/100 кг топлива.
Выход газа определяем по балансу углерода.
Материальный баланс газификации
(на 100 кг топлива)
Баланс углерода:
углерода в смоле и бензине содержится:
8 • 0,8 4- 1,5 • 0,85 = 7,68 кг;
в уносе и шлаке:
0,01 • 42,56 4- 0,1 • 19,7 = 2,395 кг;
углерод, идущий на газификацию:
42,56— 10,07 = 32,49 кг;
126
содержание углерода в 100 № сырого газа составляет
0,536 (СОа + СО + СН4 4- 2СаН4 + 2СаН.) — 0,536 (31,« +
18,5+ 12,2+ 2,17 4-2-3,0) = 38,5 кг.
1
Отсюда выход сырого газа
*32 49
^0,84 м*1кг топлива, или 84 лс’/IOO кг бурого угля,
00,0
Определяем химический к. п. д. газификации
_^rQH
a ’
где Vr т- выход сырого газа;
Qh—низшая теплотворная способность газа;
— низшая теплотворная способность топлива,
определяемая по формуле Менделеева.
Qh = 81C+ 300Н — 26(0—-S) — 6 (9Н + И?) = 81-42,56 +
4- 300-3,7 — 26 (13,72 — 3,6) — 6 (9 • 3,7 +-18) = 3990 ккалЧкг-,
отсюда
^хим
0,84-2887
3990 ‘
•100^60%.
Баланс водорода
Приход
1. В топливе —3,7 кг
2. Водород из разложен-
ного пара(определяем по
разности)
6,54 — 3,7 = 2,84 кг
Итого
6,54 кг
Расход
1. Водород в газе
(1,7+ 12,2+ 28 +
+ 2-1,74- 3,3) • 0,84 ~ 5,0 кг
2. На связывание кислоро-
да топлива (40% кислород-
переходит в пирогенетиче-
скую воду)
4-0,4-13,6 = 0,68 Ki
О
3. Водород в смоле, бензи-
не, уносе (состав уноса при-
нимается ориентировочно
аналогичным составу топ-
лива)
8-0,075+1,5-0,15 +
+ 1,0-0,037 = 0,862 кг
Итого — 6,54 кг
127
Количество разложенного пара на 100 кг рабочего топли-
ва составляет
2,84 • 9 = 25,6 кг;
если принять разложение водяного пара равным 40%', то ко-
личество вводимого пара в пересчете на 100 кг рабочего топ-
лива составит
25,6-100
= 64 кг
40
Количество перазложенного пара будет 64 — 25,6 = 38,4 кг
на 100 кг рабочего топлива.
Баланс кислорода
Приход
L Кислород в топливе —
13,72 кг
2. Кислород разложенного
пара
2,84-8 = 22,72 кг
3. Кислород дутья (по раз-
ности)
52,64 - 36,44= 16,20 кг
Расход
1.	Кислород в газе
Итоги —	52,64 кг
+ 0,2)0,82 = 46,38 кг
2.	Переход кислорода топ-
лива в пирогенетическую
влагу
0,4-13,7 = 5,48 кг
3.	Кислород в уносе
1,0-0,1379 = 0,138 кг
4.	Кислород в смоле
0,08-8 = 0,64 кг
Баланс
Приход
1. Азот топлива — 0,448 кг
2.Азот, поступающий с ду-
тьем (определяется по
разности),
3,13-0,418 = 2,68 кг
Итого — 3,13 кг
Итого — 52,64 кг
азота
Расход
1. Азот в газе
ой.о о
00 4 °’82 = 3'0
2. Азот в смоле
8-0,015 = 0,12 кг
3. Азот в уносе
1,0-0,00448 = 0,00448 кг
Итого — 3,13 кг
128
Таблица 52
Сводный материальный баланс газификации и пересчете на КМ) hi
рабочего топлива
(все цифры даны в кг)
Приход	с 1	Н	о	N	S	АР	IV lJ	S
1)	Александрий- ский уголь . . 2)	Кислород тех- нический . . . 3)	Пар разложен- ный 	 4)	Пар неразло- женный . . .	42,56	3,7 2,84	13,72 16/20 22,72 1	0,448 2,68	3,60	17,90 9	18.00 38,4	100,0 18,88 25,56 38,40
Итого . .	42,56	6,54 •	52,64	3,13	3,60	17,90	56,40	182,84
Расход 1) Поочищенный газ (сухой) . . 2) Влага: • . . • а) гигроскопиче- ская 	 б) пирогенетиче- ская .	... 3i Неразложенный пар	 4)	Смола и бензин 5)	Унос	 6)	Шлак . . .	31,49 7,675 0,42с6 «.97	5,0 0,68 0,825 0,037	46,38 5,48 0,64 0,14	3.0 0.12 0,01	2,82 0,70 0,04 0.04	1 1 1 I	18,0 6,16 38,4 0,18	88,69 18,0 6,16 38,4 9,96 1.0 19,9
• Итого. .	42,00	6,55	52,64	3,13	3,60	18,07	56,22	182,11
Невязка . . .	0,56	—	। I	1	. —•	0,0/	0,18	0,73
Приводим значения величин, входящих в тепловой баланс:
0,35 —теплоемкость бурого угля в ккал!кг [25];
20	—температура загружаемого бурого угля в °C;
594,7 —теплота парообразования в ккал [25];
0,48 —теплоемкость пара [25] в ккал!кг;
0,312 —теплоемкость кислорода в ккал)м3\
2928,5— низшая теплотворная способность неочищенного га-
за в ккал}л&\
0,36 — теплоемкость газа в ккал]м?\
200	—температура, с которой газ выходит из газогенера-
тора в °C;
0,82 —выход сырого газа в лР/кг рабочего топлива;
8 Г. И. Дешиат
129
СН4 — 8.58-0,36:22,4 = 0,138
H2 - 8,58 • 0,18; 22,4 = 0,069
Na - 8,58-0,03: 22,4 = 0,012
Выход надсмольной воды — 24,39:18 = 1,356 •
Переходит элементов из 100 кг топлива в газ (в кг4,
С —0,536(27 + 2,2 + 36 + 12)0,0858 = 3,63
Н — 0,0899(2 + 2,2 + 2,36 + 18)0,0858 = 0,74
0—1,429(27 + 0,5-12)0,0858 = 4,08
N — 1,251 -3-0,0858 = 0,32
S— 1,429-2 - 0,0858 = 0,24.
Всего — 9,01
Переходит элементов из 100
С — 4,36 • 0,787 = 3,43
Н — 4,36 • 0,0754 = 0,33
0 — 4,36-0,119 = 0,52
N — 4,36 • 0,014 = 0,06
S -4,36-0,0046 = 0,02
кг топлива в смолу (в кг)-
Всего — 4,36
На основании приведенных данных составляем таблицу
распределения элементов топлива при полукоксовании.
Таблица 53
Материальный баланс процесса полукоксования
(цифры даны а кг)
Выходы продуктов полукоксования и	Рабочее топливо							
	С 48,34	И 3,47	о 10,57	N 1,08	1,07	А 15.47	20,01	100
Смота		3,41	0,33	0,52	0,06	0,02			4,36
Влага топлива . .	' 	*— -	—	вма		—-	20,01	20,01
Влага пирогенетиче с кая 124,33—20,01)		0,49	3.89	«мм				4,38
Полукоксовый пз .	3,63	0,74	4,08	,0,32	0,24	——	——	9,01
Потери при полу- коксовании ....	0,61	0,05	0,13	0,01	0.01	0,19	—*	1,0
Остается в полукок- се 		40,67	1,86	1,94	0,69	0,80	15,28	—1 -	61,24
Состав полукокса (в %);
С —66,5; Н —3,0; 0 — 3,1; N—1,1; S—1,3; Ас - 25,0.
132
Воздушное дутье
Принимаем следующие данные: в шлак переходит угле-
рода 25% от веса золы и 40% всей серы; вес пыли, уносимой
с газами, составляет 2% от веса полукокса, состав пыли соот-
ветствует составу полукокса; 60% серы переходит в HjS;
углерода полукокса переходит в СН<; кислород полу-
кокса переходит в СО; соотношение СО и СО2, получающееся
за счет кислорода воздуха, равно 1. В следующей таблице
приводятся данные, характеризующие распределение элемен-
тов полукокса в шлаке, пыли и газе.
Материальный баланс процесса воздушного дутья на 100 кг угля
Элементы	Содержится в полукоксе	Расход		Переходит в газ	
		в шлаке	в пыли	в кг	в кг-мол
С	40,67	3,82	0,81	36,04	3,003
Н	1,86	——	0,04	1,82	0,91
О	1,94	—	0,04	1,90	0,059
N	0.69	 	0,01	0,63	0,024
S	0.80	0,32	0,01	0,47	0,014
А	15,28	14.97	0;31	—	——
Всего .	61,24	19,11	1,22	40,91	4,010
Определяем выход отдельных продуктов, получающихся
при газификации..
Сероводород
Переходит из полукокса: серы —0,014 кг-мол
„	„	„ водорода —0,014	„
получается сероводорода —0,014 кг-мол
Метан
_	3,003 А
Переходит из полукокса: углерода =0,06 кг-мол,
□и
„	„	. водорода —0,12
получается метана	—0,06	„
Водород
Переходит в газ: 0,91 — (0,014 — 0,12)=0,776 кг-мол.
133
Окись углерода
Переходит из полукокса: кислорода — 0,059 кг-мол,
„	„	» углерода —0,118
получается окиси углерода	—0,118	»
остающийся углерод:
3,003-0,06 —0,118 ==2,825 кг-мол-,
расходуется углерода на образование СО:
2,825: 2 = 1,4125 кг-мол
и такое же количество — на образование СО,.
Получается СО —1,4125 кг-мол, СО, —1,4125
С воздухом вводится
1 4125
кислорода: -------[-1,4125 = 2,12 кг-мол,
2 12
азота:	—г-0,79 = 7,97 кг-мол,
W 5 ЛЛ 1
кг-мол.
Таблица 54
Состав газов воздушного дутья
Наименование газа	Количество газа	
	в кг-мол	в °/о
СОа	1,4125	12,0
H2S	1,0140	0,10
со	1,4125 0,118 = 1,5305	13,0
сн4	0,0600	0,50
н,	0,776	6,60
N,	0,024 + 7 97 =з 7,99	67,80
Всего	|	11,7870	100
Выход газа:
11,787*22,4 = 264 л<3 на 100 кг топлива.
Расход воздуха:
(2,12 + 7,97)22,4 = 226 м* п 100 и
Паровое дутье
В качестве исходных данных принимаем следующие: в
шлак переходит углерода 25% от веса золы и 40% всей се-
ры: 60% всей серы переходит в H2S; 25% водорода полукок-
са переходит в СН4 и 10%— в С2Н4; 50% кислорода пере-
ходит в Н2О и 50%—СО. Температура газов составляет
650°, полукокса 500°, шлака 600°, пара 500°, потеря тепла в
окружающую среду и в рубашку — 4%, степень разложения
водяного пара,— 60%.
Пыль во внимание не принимается, поскольку она задер-
живается слоем топлива в швельшахте..
134
Газообразование в зоне нагрева топлива
без доступа воздуха
4
Водяные пары
Расходуется кислорода топлива
0,059-0,5 = 0,0295 кг-мол
„ водорода	— 0,0590
переходит в газ Н2О	— 0,0590
Сероводород
Переход из топлива: серы —0,014 кг-мол
«	,	„ водорода —0,014
,	„	„ в газ H2S—0,014
Этилен
Расходуется водорода (переходит из топлива)
0,91 • 0,1 — 0,091 кг-мол
„ углерода —0,091
переходит в газ С2Н4	— 0,046	,
Метан
Расходуется водорода 0,91-0,25 — 0,23 кг-мол
„ углерода	— 0,115 ,
переходит в газ СН4	—0,115 ,
Окись углерода
Расходуется кислорода 0,059 0,5 — 0,0295 кг-мол
„ углерода 0,0295-2 — 0,0590
переходит в газ СО	—0,059
Водород
Выделяется водорода в свободном виде:
0,91 — 0,059 - 0,014 - 0,091 — 0,23 = 0,6 кг-мол.
Азот
Выделяется азота в свободном виде — 0,024 кг-мол.
Образование водяного газа
Газифицируется углерода с учетом потерь углерода в шлаке:
40,671\>-- — - 0,091 - 0,\ 15 — 0,059 = 2,81 кг-мол.
Л Лш
Для определения состава водяного газа исходим из ре-
шения следующих уравнений;
СО2 4-СО = 2,81:
2СОг + СО = Н2:
Н2:Н2О = 1,5.
Вешая эти уравнения, получаем (в кг-мол):
Н2О —2,31, Н2 —3,46,
СО-2,16, СО,-0,65.
Состав водяного газа определяется путем суммирования
продуктов, получающихся в зоне нагрева топлива без досту-
па воздуха и в зоне газификации, где протекает образование
водяного газа.
Таблица £5
Состав водяного газа
Наимено- вание ком- понентов газа г	Получено в зоне нагрева без доступа воздуха в кг - мол	Получено в зоне газифи- кации в кг-мол
Всего получено
	В %
в кг-мол	на влажный на сухой газ	газ
СО,	—	0,65	0,65	6,9	9.2
H2S	0,014	—	0,014	0,2	0.2
С,Н4	0,(Ц6	——	0,04^	0,5	0,6
Со	0.059	2,16	2,-19	23,4	31,2
сн<	0,115	—	0,115	1,2	1.6
Н,	0,600	346	4,060	42,8	57,2
нао	0,059	2,31	2,369	25,0	
-•		L			
Итого. ,	~ 0,900	8.58	*>*9,48	100,0	100,0
Выход сухого газа:
7,111 X22,4— 159,1 ,и3/на 100 кг топлива;
выход влажного газа:
9,48X22,4 = 212,4 лэ/на 100 кг топлива;
расход водяного пара:
(2,31 + 3,46) X 18= 103,8 кг/100 кг топлива;
теплотворная способность сухого газа — 2942 ккал!нм?.
Расчет получения водяного газа в целом приводит к сле-
дующим результатам.
Соотношение количества углерода, газифицируемого при
воздушном и паровом дутье, определяется из уравнения теп-
лового баланса.
Если принять, что на 100 кг рабочего топлива газифици-
руется х кг при воздушном дутье и (100 — х)кг — при паро-
вом, то можно составить следующее уравнение;
*89 400= (100 — х) 118 700,
136
где 89 400 ккал количество тепла, которое аккумулируется
топливом при воздушном дутье;
118700 ккал — количество тепла, которое отдастся слоем
топлива при паровом дутье;
х=56,4 кг\ следовательно, на 100 кг топлива при воздуш-
ном дутье полукокс газифицируется из 56,4 кг топлива и при
паровом — из 43,6 кг топлива (43,6%).
Таким образом, на 100 кг топлива в период парового ду-
тья в швельшахту поступит (в кг-мол);
СО, — 0,650-0,436 - 0,283
H2S — 0,014 • 0,436 = 0,006
С,Н4 — 0,046-0,436 = 0,020
СО — 2,219-0,436 = 0,968
СН4 — 0,115-0,436 = 0,050
Н, — 4,067-0,436= 1,772
НаО — 2,369-0436- 1,031
9,480-0,436 = 4,130
Состав и выход двойного водяного генераторного газа
При движении водяного газа и неразложенного водяного
пара через швельшахту возможна конверсия некоторого ко-
личества СО в СОг в силу каталитических свойств бурого
угля по реакции
СО + Н2О ш СОа = Н2.
Принимаем, что в результате реакции 10%' всего СО>
уменьшается содержание СО и НгО на 0,097 кг-мол и соот-
ветственно увеличивается содержание СОг и Нг.
,	Таблица 56
Состав н выход двойного водяного генераторного газа
	Выход			• *	
Компоненты	водяного	полукоксе-	двойного водяного		газа
газа					
	газа, кг-мол	вого газа, кг-мол	кг-мол	влажного,%	сухого, 7,
СО,	0,380	0,103	0,483	8.2	13,5
H2S	0,006	0,008	. 0,014	0,2	0.4
с,н4	0,020	0,008	0,028	0,5	0,8
со	0,871	0,046	0,917	15,7	25,5
сн4	0,050	0,138	0,188	3,2	5,3
Н,	1,869	0,069	1,938	33,0	54,0
N,	——	0,0)2	0,012	0,2	0,4
Н2О	0,934	1,350	2,290	39,0	—
Итого . .	4,130	1,740	5,870	100,0	*** ко
137
Таблица 57
Тепловой баланс периода воздуш «ого дутья, считая на 100 кг
рабочего топлива
Приходные статьи	Количество		Расходные статьи	Количество	
	в ккал	в %		в ккал	В %
। Теплотворная спо- собность полукокса Q -81 X 66,5 + + 300 ХЗ,0 — 26 (O-S) 6243 X 61.24	6243 382000	! 97,5	Теплотворная способность газа 3)21X0,134- 9505 X X 0,005 4- 30Г0 X X 0,066 4- 5995 X X 0,001 650 X 264	650 171200	• 43,6
Теплосодержание полукокса при 500° теплоемкость полу- кокса —0,3 ккал(кг) 61,24X0.3X500	9200	1 I 2.3	Теплосодержа- ние газа при 750° (теплоемкость 0,36 ЯАДЛ/ж’) 264 X и,36 X 750	71300	! 18,2
Таблица 58
Тепловой баланс периода парового дутья
в пересчете на 100 кг топлива
Приходные статьи	Количество		Расходные статьи	Количество	
	в ккал	в° 0		в ккал	в °/0
Теплотворная спо-		
ссбность полукок- са 		382000	80,0
Теплосодержание
пара при 500еС (594.7 + 0.48 X Х500) 103,8 . . . Теплосодержание полукокса . . •	86600 9200	18,1 1.9
Итого. . .	477800	100,0
Теплотворная способ- ность газа 159,1 X Х2942			468000	97,9
Теплосодержание су- хого газа при 650°С (теплоемкость — —0,36 кка */л’)159,1 X X0,36 X 650 • . .	37200	7,9
Теплосодержание вла- ги газа при 650° С (594.7+0,48X650) 2.369X18 		38750	8,1
Теплотворная способ- ность углерода в шлаке		30400	6.4
Теплосодержание шлака при 600°С .	3403	0,7
Потеря тепла в окру- жающую среду и на получение пара в ру- башке 		18800	! 3,9
Отдается слоем топ- лива 		—118700	-24,8
Итого. . .	477800	100
138
Таким образом, на 100 кг рабочего топлива в швелыпах-
ту поступает водяного газа (в кг-мол)-.
СО2 -0,283 + 0Д97 = 0,380
Н2 —	—	= 0,006
СО — 0,968 - 0,097 = 0,871
С2Н,	- =0,020
СН4	— = 0,050
Н2 1,772 + 0,097 = 1,869
Н2О 1,031 -0,097 = 0,934
Всего —4,130
Теплотворная способность сухого двойного водяного гене-
раторного газа — 3073 ккал/м*.
Выход сухого двойного водяного генераторного газа:
3,580 - 22,4 = 80,2 ,и3/100 кг топлива.
Выход влажного двойного водяного генераторного газа:
5,87 • 22,4 = 131,5 л*3/100 кг топлива.
Таблица 59
Тепловой баланс швельшахты в пересчете на 10) кг топлива
Приходные статьи	Количество			Количество	
	в ккал	в о/0	Расходные статьи	в ккал	в %
Теплотворная спо- собность угля . Теплосодержание угля 100X0,3X15 Теплотворная спо- собность водяно- го газа 468000Х Х0.436 	 Теплосодержание сухого водяного газа 37.00X0,430 Теплосодержание влаги газа 38700Х Х0,436 		475000 500 204000 16200 16900 ♦ д'	66,6 0,1 28,6 2,3 2,4 1	Теплотворная способ- ность двойного водя- ного газа 3073X80,2 Теплотворная способ- ность смолы 835ОХ Х4.36	 Теплотворная способ- ность полукокса . . Теплосодержание по- лукокса при 500° С Потери с уносом 4750:0,7999 . . . . Потери в окружаю- щую среду (0,5%) . Теплосодержание га- за (определяется по разности)		246000 36400 382000 9200 5900 3000 29500	34.5 5.1 53,6 1.4 0,8 0,5 4.1
Итого. . >	712600	100,0		712600	100,0
139
Выход сухого водяного газа:
0,436-159,1 = 69,4 лг3/100 кг;
выход влажного водяного газа:
0,436-212,4 = 92,6 л?/100 кг топлива;
расход водяного пара:
0,436- 103,8 = 45,2 кг/100 кг топлива;
выход продуктов воздушного дутья:
0,564-264 = 149 лг3/100 кг топлива;
расход воздуха:
0,564 - 226 — 127,3 ,-и3/100 кг топлива.
Таблица 60
Сводный тепловой баланс газогенератора
Приходные статьи Теплотворная способность угля Теплосодержа- ние уг.’я Теплосодержа- ние пара 86600 х 0,436 Теплг содержа- ние воздуха 1 К 0 X 0*561	Количество			Количеств о	
	в ккал 1 475' 00 500 37800 600	В 7о 92,4 0.1 7,4 0.1	Расходные статьи Теплотворная способность двойного водяного генера- торного 1аза Теплотворная способность смолы и пыли Теплосодержание влажного двойного водяного газа, смо- лы, пыли Теплотворная способность продуктов воздушного дутья 171200 -0,564	в ккал 246000 42300 29500 96500	В % 1 47,8 -8,2 5,7 18,8
Всего	513900	100,0	Теплосодержание продуктов воздушного дутья 71300-0,561 Теплотворная способность и теплосодержание уноса при воздушном дутье 7800-0.564 Теплотворная способность горючею в шлаке Теплосодержание шлака Потеря в окружающую среду и на получение пара в ру- башке Невязка	40200 4400 30100 3400 22400 —110<	7,8 0,9 5,9 0,7 4,4 —0.2
			Итого	513900	100,0
X. ГАЗИФИКАЦИЯ
ПЫЛЕВИДНОГО И МЕЛКОЗЕРНИСТОГО ТОПЛИВА
ВО ВЗВЕШЕННОМ СОСТОЯНИИ И В КИПЯЩЕМ СЛОЕ
При газификации частиц топлива, находящихся во взве-
шенном состоянии и в кипящем слое, происходит, как и в слу-
чае газификации топлива в неподвижном слое, но более ин-
тенсивно, взаимодействие углерода с компонентами газифи-
цирующей среды:
С+ 4 О2-» СО;
С + О2->СО2 '
С + Н2О s=t С э + н2
С + 2Н20«СО2 Н-2Н2;
С4-СО2«2СО.у
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
Уже указывалось, что компоненты газифицирующей сре-
ды к углероду топлива поступают путем диффузии; за счет
диффузии происходит поступление образовавшихся продук-
тов в окружающую среду. Скорости реакций взаимодействия
компонентов газифицирующей среды с углеродом топлива
значительно превосходят скорости диффузии. .
Наряду с указанными реакциями протекают и реакции
между газовыми компонентами:
СО + Н2О « СО2 + Н2; Ч	(6)
СО + 4 О2 -> СО2;	(7)
£
н2+4- °2 -* Н2о
(8)
При более низких температурах или при повышенных
давлениях могут протекать и такие реакции:
С + 2Н2^СН<; V	(9)
2СО 4- 2Н2 -> СН< + СО2.	•	(10)
141
Выход cjxoro водяного газа
0 436 159 1	60 4 №/100 кг
выхот влажного водяного газа
0,436’212,4 =• 92,6 №/100 кг топлива;
'расход водяного пара;
0,436-103,8 = 45,2 кг/100 кг топлива;
выход продуктов воздушного дутья:
0,564-264 = 149 №/100 кг топлива;
расход воздуха:
0,564-226— 127,3 №/100 кг топлива.
Таблица 60
Сводный тепловой баланс газогенератора
Количество	Расходные статья	Количество	
Приходные статьи	в ккал в % 1		в ккал	В %
Теплотворная способность	, угля	475( 00 924 Теплосодержа- ние уг'я	500 0,1 Теплосодержа- ние пара 86600x0,436	37800 7,4	Теплотворная способность двойного водяного генера- торного 1аза Теплотворная способность смолы и пыли Теплосодержание влажного двойного водяного газа, смо- лы, пыли	246000 42300	1 47.8 8,2
		29500 5,7	
Тепл< содержа-	J Теплотворная способность		96500 40200 4400 30100 3400 22400 —ПО)	18,8 7,8 0,9 5,9 0.7 4,4
нве воз1уха 111.0x0 564	600 0,1	продуктов воздушного дутья 171200 0,564 Теплосодержание продуктов воздушного дутья 71300*0,564 Теплотворная способность и теплосодержание уноса при воздушном дутье 7800 0,564 Теплотворная способность горючею в шлаке Теплосодержание шлака Потеря в окружающую среду и на получение пара в ру- башке Невязка		
Всего	513900 100,0 1			
	Итого	513900	100.0
X. ГАЗИФИКАЦИЯ
ПЫЛЕВИДНОГО И МЕЛКОЗЕРНИСТОГО ТОПЛИВА
ВО ВЗВЕШЕННОМ СОСТОЯНИИ И В КИПЯЩЕМ СЛОЕ
При газификации частиц топлива, находящихся во взве*
шенном состоянии и в кипящем слое, происходит, как и в слу-
чае газификации топлива в неподвижном слое, но более ин-
тенсивно, взаимодействие углерода с компонентами газифи-
цирующей среды:
С + 4 О»-СО;
С + О3 -> COj
С + НэО«СЭ + Нз
С + 2НаО»СО3+2Нг;
С + СО2и2СО. /
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
Уже указывалось, что компоненты газифицирующей сре-
ды к углероду топлива поступают путем диффузии; за счет
диффузии происходит поступление образовавшихся продук-
тов в окружающую среду. Скорости реакций взаимодействия
компонентов газифицирующей среды с углеродом топлива
значительно превосходят скорости диффузии..
Наряду с указанными реакциями протекают и реакции
между газовыми компонентами:
СО + НаО « СО? + Н2; ' I	(6)
СО + 4 Оа - СОа;	(7)
л»
Н,+4ог-Н3О	(8)
При более низких температурах или при повышенных
давлениях могут протекать и такие реакции:
С + 2На -> СН<;	(9)
2СО 4- 2Н, -► СН4 + СОа. •	(10)
Указанным реакциям
станты:
соответствуют следующие кон-
и т. д.
Так как в этом случае имеет место только одна зона га-
зификации, состав газа может быть определен путем совме-
стного решения следующих уравнений:
СО2+ СО + О2 +Н2О + СН4 + H2S + N2= К
где СО2, СО, О2, Н2О, СН4, H2S, N2— компоненты, входящие
в состав газа,
V — объем газа, получающегося из весовой единицы топ-
лива
СО2+ СО + СН4= С — баланс углерода;
Н2Ч- Н2О~Ь СН4+ H2S = h — баланс водорода;
2СО2+ СО 4- 2О2+ НО = 20 — баланс кислорода;
N2= п—баланс азота;
H2S = S — баланс серы.
Кроме того, для решения указанных уравнений необходи-
мо пользоваться величинами следующих констант:
Касаясь некоторых аэродинамических вопросов, связан-
ных с газификацией во взвешенном» и кипящем слоях, можно
отметить следующее.
Отдельные частицы топлива, находясь во взвешенном со-
стоянии, будучи окруженными газифицирующей средой, дви-
жутся с определенной относительной скоростью. Отдельная
частица будет находиться во взвешенном состоянии и витать
в восходящем потоке газа, когда сила лобового давления по-
тока на частицу равна силе ее тяжести. Лобовое давление за-
висит от скорости потока, называемой критической скоростью
витания, при которой обе силы уравновешиваются.
Критическая скорость витания может быть выражена для
основной группы частиц, газифицируемых в кипящем слое
142
Ьри атмосферном давлении, непосредственно как функции
диаметра частиц по формуле [26].
== 10000 1/ ^4,
г 1г'
где Wo—скорость газа в пересчете на нормальные уело*
вия, лг/ч;
Ту — кажущийся удельный вес топлива, кг/м*;
Тг — удельный вес газа при нормальных условиях, кг/м*
d — средний диаметр частиц, мм-,	;
Т — абсолютная температура газа, °К.
Формула показывает, что критическая скорость витания
прямо пропорциональна корню квадратному из удельного ве-
са и диаметра частиц и обратно пропорциональна корню
квадратному из удельного веса газа и его температуры. На-
пример,
если тг (удельный вес газовой среды) —1,211 кг/м*.
Ту —1400 кг/м?-,
7' = 900-|-273 = 1173°С;
d частиц — 0 ч-10 мм, dcpeM=5,
то	_________
Wo = 100001/ rJrrrrU = 22000 м/час;
или
22000	_ .,	.
м/сек.	. ,
По найденной скорости витания частиц может быть опре-
делена»длина пути ее до полного сгорания по формуле
где г—радиус шахты газогенератора, м;
W—скорость витания частиц, м/сек;
и — скорость распространения пламени, м/сек;
h — длина пути частицы до ее полного сгорания.
Принимая г = 2,3 м,
U7 = 6,ll м/сек,
и — 1 м/сек,
получим h = 2,3 р/ ~~ * ~ м-
При газификации мелкозернистого топлива, когда ско-
рость воздушно-газового потока превышает некоторую пре-
143
дельную скорость 1Г0, прй которой слой частйц остается
еще в покое, нарушается устойчивость слоя. Между V70 и
критической скоростью потока (й7^) для каждой отдельной
частички устанавливается связь, выражаемая формулой
где У — показатель разрыхления покоящегося слоя частиц;
п — коэффициент, зависящий от размеров частиц и ха-
рактера маюриала.
Поскольку УУ1 меньше единицы, скорость воздушно-
газового потока, при которой нарушается плотность слоя,
меньше критической скорости для отдельных частиц, со-
ставляющих слой.
По данным М. К, Письмена [26], наличие большого числа
газифицируемых угольных частиц во взвешенном состоянии,
в кипящем слое, обусловливает уменьшение живого сечения
потока и потому критическая скорость витания наступает при
меньшем расходе дутья. Отсюда следует, что на практике
аэродинамические условия (границы), в которых может
успешно осуществляться процесс газификации, значитель-
но уже.
Тоцеком и Остгаузом [27] были проведены опыты по га-
зификации во взвешенном состоянии на парокислородном ду-
тье мелкозернистого тощего угля, при температуре газифи-
кации 1100 С, температуре пара 450°. На рис. 4, займе! вован-
ном из работы этих авторов, показано, как изменяется про-
должительность газификации в зависимости от размера га-
зифицируемых частиц топлива.
Приводим расчетные данные, касающиеся газификации
мелкозернистых топлив в кипящем слое.
144
За исходное топливо для газификации принимается (>урый
уголь, элементарный состав которого и соответственно состав
по элементам (в кг-мол) были следующими:
♦
Элементарный состав (в %): Ср —51,5; Нр —4,82;
Ор — 15,9; Np — 0,3G; Sp-1,32; при А”-14,1;	12,0.
Состав по элементам (в кг-молу
Ср — 4 29; Нр - 2,41;'Ор-0,497; Np - 0,0128; Sp —0,0413;
№р — 0,667.
Состав газа, рассчитанной по методу М. К. Письмена, [26]
следующий:
₽ кг-мол: СО2 —0,153; СО —0,483; Н2 —0,479; СН4 —0,023;
H2S — 0,005; Н2О — 0,228; N2— 1,153;
в процентах в пересчете на влажный газ:
СО2—6,06; СО—19,30; Н2—19,00;
СН4—3,50; H2S —0,90; Н2О —9,44; N2 —41,80;
1 *
в процентах в пересчете на сухой газ:
СО2—6,70; СО —21,00; Н2—20,88;
СН4—3,90; H2S—1,00; N2—46,30.
Отсюда выход влажного смешанного генераторного газа —
2,52; сухого — 2,30 нм3! кг топлива. В соответствии с этим рас-
ход воздуха составлял
1,153-100
79
= 1,46 м31кг топлива,
расход водяного пара — 0,2 кг/кг топлива.
Материальный баланс процесса газификации .
Приход
Расход
Топливо —1,00 кг
Воздух — 1,80 ,
Пар — 0,20 я
-1,80 .
-0,20
Газ — 2,53 кг
Унос	— 0,22 ,
Выгреб — 0,08 ,
Влага газа—0,23 »
Итого — 3,0 кг
Итого — 3,06 кг
10 Г. И. Дешжлят
Тепловой баланс
Приход
Расход
Теплотворная способность
угля — 5242,0 ккал
Теплосодержание водяного
пара —130,0 ккал
Теплосодержание воздуха
—12,0 ккал
Итого — 5384,0 ккал
Потенциальное тепло газа
— 2900,0 ккал
Физическое тепло сухого
газа — 707 ккал
Физическое тепло влаги
газа — 151,0 ккал
Потенциальное тепло
уноса — 960,0 ккал
Потенциальное тепло
выгреба — 262,0 ккал
Потери в окружающую
среду —404,0 ккал
Итого — 5384,0 ккал
Отсюда к.
п. д. газификации:
2900,0-100
5242,0
Чтерм
2900,0 4- 707,0 4-151,0
5384,0
100 = 69,7%.
XI.	ПОДОГРЕВ ДУТЬЯ
В предыдущих расчетах температура дутья принималась
соответствующей температуре насыщения воздуха водяным
паром. Если пользоваться, дутьем, нагретым до более высо-
кой температуры, что возможно осуществить в промышлен-
ных условиях путем использования для подогрева дутья отхо-
дящего неиспользуемого тепла или устройства для этого спе-
циальных топок, то теплотворная способность газа, выход его
могут быть повышены.
На диаграмме Jjpnc. J5), за-
имствованной нами у^Гумца
[7], представлено влияние по-
догрева дутья на повышение
теплотворной способности газа.
На диаграмме видно, что по-
догрев дутья не влияет на по-
вышение теплотворной спо-
собности безвлажногр газа.
Таким образом, повышение
теплотворной способности ге-
нераторного газа путем подо-
грева дутья объясняется до-
полнительным разложением
водяного пара в процессе га-
зификации за счет тепла по-
ЭМ\ I | I Ч I I I I I
о хю	м юсе
/пемлератж?	умна
Рис. 5.
догрева дутья [32]. j
Влияние подогрева дутья
на изменение состава газа, по-
вышение его теплотворной способности ' и выход.! показы
вается на следующем примерном расчете.
При подогреве смеси воздуха и водяного пара /к> гемпг
ратуры f в газогенератор вносится следующее дополни1гль
ное количество тепла:
С = (’КСв+1/п.сп)Дб
где VB V „—расходы воздуха и водяного пара в м ил I лр
сухого генераторного газа.
Принимаем расход воздуха на 1 кг топлива (в данном
случае мелкого кокса — коксика) — 2,2 л<3; на 1 м3 сухого
генераторного газа, это составит
*	2,2 : 3,27 = 0,67 м3/нм3 газа
(3,27 — выход газа с 1 кг топлива).
Пар поступает из котельной при давлении р = 3—4 атм и
температуре 150° С; расход водяного пара на 1 mz газа со-
ставляет ~ 0,1 лг3.
Принимаем температуру подогретой паровоздушной смеси
395° С; тогда, если принять температуру паровоздушной сме-
си без подогрева, равной 61°С, т. е. при увеличении на-
грева паровоздушной смеси на 334°, дополнительное количе-
ство тепла будет таким:
Q = (0,67 • 0,32 + 0,1 • 0,5) 334 = 90.2 ккал.
Это тепло расходуется на образование водяного газа, коли-
чество которого будет следующим:
44,81/(1/вСв+^пСп)
30044
где 44,8 — количество СО и Нг, полученных из 1 кг-мол
Н2О м3;
С + Н2О » СО + Ht — 30044 ккал;
22,4 л3 22,4 м*
30044—тепловой эффект реакции, ккал-!кг-мол.
Отсюда
44,8-Q = 44,8-90,2
30044 — 30044
— 0,134 лс3/лс8 газа,
или 13,4 Л13 на 100 лс3 газа. На образование 0,134 л? Н2 + СО
расходуется 0,05 кг топлива L
На 100 кг топлива будет дополнительно образовываться
13,4 л<3 газа; общий выход газа составит 340,4 нм3; что ка-
сается состава газа при работе на подогретом дутье, то он
определится следующим путем.
1 При расходе 12 кг углерода протекает реакция С + Н2О з=£ СО + и
расходуется 30044 ккал\ при дополнительном вводе 90,2 к ко л будет по-
лучаться дополнительное количество водяного газа в количестве 0,134
и расходоваться 0,05 нг мелкого кокса (коксика).
148
Таблнш 61
Состав газа без подогрева дутьв
Компоненты газа	Количество компонен- тов в пересчете на су- хой газ в */о	Количестпо компонентов я пересчете на клкжмыА iai • 7.
СО,	6,26	5.675
СО	27,33	24.32
СН4	0,34	0,305
н,	12.32	10.963
H.S	0,34	0.305
N,	53,41	47,524
Н.О	 	11,007
Всего г	100,0	юо,о • •
Так как вследствие подогрева дутья образовалось до-
полнительно 13,4 ж3 водяного газа, to состав газа изменится
и будет таким (в %).
zys __	5,573	• к л,
С0»~ 1 -f-0,134	5,°*
н 10,963 4*6,7
Н,=	1+0,134 =15’6:
со«-
24,32 + 6,7
1,134
«27,4,
СН.=
0,305
1,134
= 0,27;
HaS=T?ir=()'27:
1, Ют
47'524 = 42.0;
N’ 1,134
и л  11,007  q ~
Н»°----МЗГ-9Д
Итого—100%
149
XII.	РАСЧЕТ СОСТАВА
СМЕШАННОГО ГЕНЕРАТОРНОГО ГАЗА
ПО АЛГЕБРАИЧЕСКОМУ МЕТОДУ [28]
Пусть компонентами генераторного газа будут: СО2, СО,
Н2, Н2О, N2, которые мы соответственно обозначаем: х, у,
h, п.
На 1 кг углерода получается х -\-у — 1,86 At3; это следует
из того, что 12 кг углерода содержатся в 22,4 At3 газообраз-
ных компонентов; 1 кг углерода содержится в
22 4
^- = 1,86	(1)
Количество кислорода, соединенное с углеродом, равно
•к+ту количество кислорода, получающееся в резуль-
тате разложения водяных паров—аг. Поэтому количе-
ство кислорода, поступившее из воздуха, составит,
С учетом соотношения между кислородом и азотом воздуха
имеем-
Если количество вводимых водяных паров -а, то
а
‘бЖ’==г ьл’
Соотношение, существующее между концентрациями СО2 и
СО, находящимися -в качестве компонентов газа в равновесии
при температуре /, следующее (28):
19500 _। С. — jg $
273 + t	Ci—ША
Для нашего случая, в связи с тем, что обн1йй ббЪём гмп ра-
вен х + у + z + h +«•, будем иметь, что концентрация С| и
Со равны:
откуда
со* —
= 19,Г>.
2
В соответствии с указанным выше соотношсннец имеем
19500
273 4-1 П
Из условий равновесия компонентов газа СО», СО, Н»,
имеем [28]:
5000
xz__
~уК~
(5)
Таким образом, мы имеем пять уравнений с пя'ть1Ь нейз-
вестными. Условия теплового баланса газогенератора Долй<-
ны быть соблюдены. Количество тепла, вводимого в газогене-
ратор, в пересчете на 1 кг углерода, составляет 8100 ккал;
со смесью воздух-пар вводится тепла:
1,266 лт, + 0 804 т»,
где у, и •/» — соответственно теплоемкости 1 м* воздуха и
пара при температуре паровоздушной смеси. Можно при-
нять, что
поскольку количество тепла, содержащееся в паровоздушно’^
смеси, приходящейся на 1 кг углерода, равно 140 ккал. Отсю-
да количество тепла, вводимого в газогенератор:
8100 + 140 = 8240 ккал.
С другой стороны, введенное количество тепла может
быть распределено по статьям расхода следующим образом:
Тепло горения газа 3062г/+ 2613г,
где 3062 й 2613 — соответственно теплотворные способности
00 й Н2.
153
Теплосодержания СО2, СО, Н2, N2 и Н2С.
для СО2—х(0,37/4-0.00022/2);
для (СО + Н2 + N2 — {у 4- z 4- л) (0,303/ 4- 0.000027/2);
для Н2О —Л(б,34/ 4-0,00015/2).
Суммируя и вынося за скобки / и t2. получаем, что теплосо-
держание составит
/{0.37х 4- 0.34А 4-0,303( v + z 4- л)} 4 /’ {0,00022x40,00015ft 4
4 0,000027 (>4^ + 4
Потеря тепла газогенератором на излучение и конвекцию
равна ~ 6% от теплотворной способности углерода, что со
ставляет около 500 ккал.
Приравнивая количество тепла, вводимого в газогенера-
тор, к теплу, уходящему из газогенератора, и производя со-
ответствующие упрощения, имеем:
7740 = 3062^ 4 2613г I /{0,37х 4 0,34ft 40,303(j/ 4 г4 л)}4
4 /*{0,000 22л 4 0,00015Л 40,000027 - (j/ 4 г 4 л)J. (6)
Таким образом, мы имеем шесть уравнений с шестью неиз-
вестными.
Для решения указанных уравнений упрощаем предвари-
тельно уравнения (4) и (5). Путем простых преобразований
имеем из уравнения (4):
14177 — 19,5/ х(х 4 j/4^4Л4 л),
273 4-/	~	у3 ,	’
откуда
14 77 —- 19,5г
273 + Г
где е — основание натуральных логарифмов.
Производя разложение в ряд Маклорена и останавли-
ваясь на четвертом члене, получаем
х(х4_У ?^4А ьл) 14177 - 19,5/
J/2	'	~ +	273 4/	+
14177 — 19.5/ ]« 1 Г 14177—19,5 ]3 1
2734/	2 ’	273 4/ J 6
Из уравнения (5) можно получить аналогичные выраже-
ния. Но, как легко видеть, решение такой системы потребова-
ло бы сложных вычислений. Можно поступить проще. Возь^
мем для примера случай, когда вводится 0,4 кг водяного пара
154
на 1 кг угле^/да н температура газа равна 770° С. Тогда бу-
дем иметь
а
0,804
0,496
= г 4* А.
Подставляя в уравнение (2) вместо х + у величину, полу-
ченную из (1), после преобразования имеем:
/1 = 6,997 - 1,881 _у+ 1,881г.	(2а)
Подставляя в (4) вместо у величину, полученную из (1), и
имея в виду, что x+t/ + z + A = 2,356,
после преобразования получаем
№= 2,248(1,86 — у)- (2,356 + п).	(4а)
Из (5) подобным же образом получаем
(1,86 - у) г = 0,81 Зу (0,496 - г).	(5а)
После последовательных подстановок и сокращений получаем
следующую систему уравнений:
2=_М03у__
1,86 — 0,187;/’	1 '
_ 13,014 — 5,5650;/ + 0,3517у*
1,86 — 0,187;/	’	(2в'
у* - 21,70д« + 106,38j/ — 120,50 = 0.	(Зв)
Решая (Зв) интерполированием, получаем
. у —1,656.
Из уравнения (1в) получаем z = 0,426
,	.	.	(2в)	,	/1 = 3,07
.	.	(1) и (3) „ х = 0,204, Л=0,070
Необходимо проверить, будут ли соответствовать найден-
ные значения условиям теплового баланса.
Так как 3,07 я3 азота соответствуют 3,88 л3 воздуха, то
воздух, вводимый в газогенератор, содержит 103 г водяного
пара на 1 м3 сухого воздуха; значит, воздух насыщен водя-
ным паром при температуре 49°.
Тогда тепловой баланс газогенератора будет таким:
тепло, вводимое с углеродом,	— 8100 ккал,
»	, с паровоздушной смесью, — ' 59
Всего — 8159
тепло горения газа	—6183 .
I теплосодержание газа и пара —1392	,
Всего — 7575	.
155
теряется тепла В газогенераторе — 584 ккал, или 7,1%, что
в общем является приемлемым.
Выше были найдены значения для СО2, СО, Нг, НгО и
N2 в Л(3; отсюда следует, что состав безвлажного газа (в %)
следующий*.
СО8— 3,8,
СО — 30.92,
Н» — 7,95,
Mi — 57,33.
.in	«Гм 
г
XIII.	КОНВЕРСИЯ < С
Одним из методов повышения содержания водорода в то-
нических газах, превращения углеводородных газов р окись
углерода и водород с целью дальнейшего синтеза является
конверсия (превращение).
. Повышение содержания водорода в технических газа? осу-
ществляется за счет реакции
со 4-н,о « со,+н8.
Превращение углеводородных газов ₽ окись углерода и водо-
род может осуществляться за< счет проведения таких про-
цессов:
СН4 4- НаО ш СО + 3HS ± 50200 ккал/кг-мол-,
с ростом температуры равновесие сдвигается вправо; полу-
чающаяся при реакции окись углерода в свои? очередь реа-
гирует с водяным паром:
СО + Н,0 « СО« + Н,.
/
Суммарна в результате протекания обеих реакций имеем:
СН4 4- 2Н,0 « СО, 4- 4Н,.
Подобно метану, конвертируются и другие углеводородные
газы, например:
С3Н8 4- ЗНаО ?аЗСО 4- 7Н„
или, с учетом последующей конверсии СО;
С,Н8 4- 6Н,0 - ЗСО, 4- 10Н2.
Приводим несколько примерных расчётов, иллюстрирую
щих применение конверсии.
Смешанный газ, идущий на конверсию, имеет вост ан
(в %F~CO _ 36,0; Н2— 35,5; СОа— 5,5; N2—23,0.
Сколько объемов водяного дара нужно взять на 1 объем это-
го газа, чтобы в сухом конвертированном газе содержание
СО было не выше 2%, если конверсия протекает при 550° С.
157
и если принять, что в конверторе газ достигает своего равно
весия? Принять константу равновесия при этой температур*
равной 0,281.
Конверсия протекает по реакции
С0 + На0иС02+Нг
'константа которой
/<р =	= 0,281.
ZCO2‘ ‘ Н2
Расчет ведется на 100 кг-мол сухого смешанного газа.
Обозначаем количество водяных паров, вводимых на
100 кг-мол сухого газа, через у кг-мол, количество прореаги-
ровавшей СО — через х кг-мол. Остаток СО после конверсии
составит (36 — х) кг-мол. В результате конверсии получает-
ся х кг-мол Н2 и х кг-мол СО2; водяных паров прореагирует
также у кг-мол.
Процесс, протекающий при конверсии, может быть пред-
ставлен следующим уравнением:
36СО -1 35,5Н2+j/H2O + 5,5СОа + 23N, = (36 - х)СО +
+(35,5 + х)Н2 + (у - л*)Н2О + (5,5 + х)СОа + 23Nt.
Таблица 62
Состав газа (на 100 кг-мол сухого смешанного газа)
Компоненты	газа			Состав газа в кл-мол	
		до конверсии	после конверсии
СО Н» н,о СОа Na		I	36 (	35,5 & 23,0	(35-х) (35,54-х) ЙЛ4-х 23 •
Итого влажного газа сухого газа		(1004-v) too л	(1004-У) (10? 4-х)
Количество СО в конвертированном газе должно состав-
лять 2% от сухого газа, т. е.
36- х = (100 + л)0,02.
отсюда х = 33,3 кг-мол.
Для определения у составляехм второе уравнение, поль-
зуясь для этого константой равновесия:
_ [СО] [НаО J	[36-х][_у-х]
р [СО,][Н,]	(5,54-л) (35,5 + х) '°'
158
или
2.7 (у —33.3)
38,8*68,8
0,281;
отсюда у = 311 кг-мол
Следовательно, для данных условий конверсии на 1 объем
сухого смешанного газа необходимо брать 3,11 объема во-
дяных паров.
Конверсия составляет
33,3 100
36
-=92,5%.
Приведем другой пример. Сколько требуется взять водя-
ного пара на 1 м3 смешанного газа при конверсии, чтобы со-
держание СО в сухом конвертированном газе было не боль-
ше 3%.	‘
Состав смешанного газа в (в %).
СО —36; СО2 — 5; Н2 —33; N2 —21,5; Н2О — 4,0; СН4 —0,5.
Конверсия протекает при температуре 530° С, равновесие
достигает 90%, давление при конверсии— 1 ата.
Реакция конверсии: СО + Н2О = СО2 + Н2.
При 530°С константа равновесия указанной реакции опреде-
ляется следующим образом:
igKp= 4- 1,59041g Т — 1,817.10-3Г 4-
4-5,65-10-7 Л - 8,24-10-»' Г3 —1,5313.
При 530е /<р = 0,245.
При степени равновесий 90% -
Кр = 0г245- 0,9 = 0,22.
• 	f>‘ •
Отсюда
СО • Н,0
СО, Н.
= 0,22.
Принимая количество водяного пара, взятого на 100 м3
сырого газа, в х л<3, определяем состав газа до конверсии
(в кг-мол):
СО — 36: 22,4 = 1,608,
СО2— 5:22,4 = 0,223,
Н2 —33:22,4 = 1,475,
,’N2 —21,5:22,4 = 0,960,
СН4— 0,5 : 22,4 = 0,022,
Н2О(х +4): 22,4 = (0,0446 х + 0,179).
159
До конверсии имелось сухого газа:
(1 608 + 0,223 + 1,474 + 0,960 + 0,022) = 4,287 кг-мол.
Процесс конверсии проходит без изменения объема газа;
поэтому, если в конвертированном газе осталось у кг-мол СО,
' то прореагировало (1,608 — у) кг-мол СО и столько же H2O;
при этом образовалось по (1,608—у) кг-мол СОг и Н2- Объем
сухого конвертированного газа определится так:
4,287 — к 1,608 — у) + 2 (1,608 — у) = (5,895 — у) кг-мол.
Окись углерода должна составлять 3% ,т. е.
у= 0,03(5,895 — у);
отсюда у = 0,171 кг-мол СО.
Таким образом, в процессе конверсии расходуется по
1,608 — 0,171 = 1,437 кг-мол СО и Н2О и образуется
1,437 кг-мол СОг и 1,437 кг-мол Нг.
Состав газа после конверсии будет следующим (в кг-мол)'.
СО —0,171
СО2—0,223 + 1,437 = 1,660
Н2 — 1,474 + 1,437 = 2,911
N2 —0,960
СН4— 0,022
Н2О— 0,0466 + 0,179 — 1,437 = 0,0446 х — 1,258.
По величине константы равновесия Определяем х, т. е.
количество водяных паров, взятых на 100 л3 исходного газа.
v _ [СО]-(Н2О] _ 0,171 (0,0446л: — 1,258)	„
[COtj [Ha] ~	1,660 2,911
откуда х = 167 м3 водяного пара на 100 л<3 исходного сме-
шанного газа.	z
Конверсия водяного ^газа
Принимаем состав водяного газа, поступающего на кон-
версию, следующим (в %):
СО, —6,2
СО -37,8
Н, -51,0
N, -4.2
СН4—0,8
I
Содержание СО в конвертированном газе — 4%'.
160
Показать, что
ч * •
со =
(1 —х)а
1 -\-ах
где а — содержание СО в исходном водяном газе;
х — количество прореагировавшей СО в результате реак-
ции конверсии.
Если в исходном’ водяном газе содержание СО состав-
ляет 37,8%, то в 1 м3 Этого газа содержится 0,378 м3 СО и
в 1 м3 конвертированного газа — 0,04 м3 СО. Считая на
1 м3 исходного газа, получаем, что в 1 м3 этого газа содержит-
ся а м3 СО, осталось после конверсии а — ах. Объем водя-
ного газа, подвергающегося конверсии, должен увеличиться
на ахм3. Тогда* получаем, что
о 04 - °’37811 - Л> •
' ~ 1+ О.378х '
отсюда х — 0,86.
Имеется коксовый газ следующего состава (в %):
СО2—3,3; СпНга —2,1; О2— 0,3; СО - 6,0; Н2—58,9; СН4—
24,4; N2—5,0.
Если вводить газ такого состава вместе с водяным паром
в газогенератор водяного газа, т: е. во время продувки его
водяным паром (во время холодного его дутья), го при этом
могут протекать следующие реакции:
СО, 4-С«2СО	—28400 ккал-,
• С»Н4 + 2H,Os=s2CO + 4Н, - 4727 ккал-,
СН4 + Н,О » СО + зн, — 49180 ккал.
Таким образом, получится (в пересчете на 10*0 объемов 4
исходного коксового газа):
СО — 6,6 + 4,2 + 6,0 + 24,4 = 41,2 ж3,’
Н2— 8,4 + 58,9 + 75,2 = 142,5 л3,
а всего — 183,7 м3, включая и азот.
Если к такому газу добавлять водянбй газ, содержащий
45% СО и 45% Н2 в таком количестве, чтобы получилась
смесь, в которой соотношение между окисью углерода и во_-
дородом было равно 1:2, то
41,2+ jc 1
142,5 + х ~ 2 ’
откуда х = 58,1 -и3.
10. *1. И. Дешалит
161
y.viVAd следует, что водяного газа нужно вводить
Ov5j	1 ОЛ 1
0 45 ~ м на Ю0 Л’ исходного коксового газа;
всего будет получаться
»	41,2 + 142,5 + 5 + 130=318,7 м3 газа
в котором будет содержаться 99,3 л3 СО и 200,6 м* Н2
XIV. РАСЧЕТЫ, СВЯЗАННЫЕ С ПОЛУЧЕНИЕМ
СИНТЕЗ-ГАЗОВ
Соотношение между СО и Н2 в синтез-газе принимается
равным 1 к 2'; принимается что в состав синтез-газа входят
компоненты: СО2, СО, Н2, HjO, СН4. По этим исходным дан-
ным можно определить состав газа в объемных процентах
следующим образом:
Составляем исходные уравнения:
1)	СО, + СО + Н, + СН4 + Н,О- 1;
СО___ 1 .
2)	Н,~ 2 ’
^СО
3)	=--= Кр (К? — константа равновесия из
СО, 1	1
СО + СО, 2 СО);
ния С 4- Н2О « СО 4- Н,);
р
г “сн4 й-
5) гл—“=	~ константа равновесия из уравнения
Н2 ’ з
С + 2Н,«СН4).
Для нахождения указанных констант пользуемся данны-
ми, приводимыми А. А. Введенским [29]: ~
57,09;
К„ = 39,77;
Кр,= 1,608-10-*.
Тогда
СО ‘ 1 .
. СО = 0,5На;
1 Принято в данном случае; оно может быть и иным.
со» =
(СО]‘'__ 0.25HJ
57,09 ~ 57,09
= о,оо4н;:
Н,0 - СРДа-- =	— «= 0,012HJ:
6У,//'
ch4=h;-k;=o,oi6O8h;.
Уравнение 1 при указанных значениях преобразовывается
следующим образом:
0.004HJ -f-0,5H, + Н, + 0.012Н; + 0.016Щ -1=0;
или	«
0,032Н; + 1,51+- 1 =0;
Тогда
Н»
- 1,5 ± /1,52+4-0,032
2-0,032
= 0,63.
СО-0,315; СО, = 0,0016;
Н,О = 0,048; СН4 = 0,0063.
4^	>	ж
Отсюда состав газа (в %) будет следующим:
СО2— 0,16
СО —31,5
Н2 —63,0
Н2О — 4,8
СНч— 0,63
По составу синтез-газа можно определить количество не-
обходимого газифицирующего реагента, считая его при этом
состоящим из кислорода и водяного пара.
Количество необходимого газифицирующего реагента оп-
ределяется из балансов водорода и кислорода следующим
образом.
Если принять количество газифицирующего реагента, счи-
тая его в л<3 на 1 м3 синтез-газа, Гр, то из баланса водоро-
да следует
Г V' 1=3 V.. - V..^ + 2V^. ,
1 ₽ Н2О Н2 ч Н2О . v СН4 ’
где
— выражается в лг3,
— содержание водяных паров в 1 м* газифицирую-
щего реагента;
отсюда
..	+ + +о + 21/сн,
1/н.о-----------г:
Vq = 1 — (содержание в
агента кислорода).
1 м3 газифицирующего .ре
164
Из баланса кислорода следует:
v'co, + °'5 'СО + °'5Н-° - г. < Vo. + °'5 ии.о> -
= Г.0 - Hi,о + О'5н,0> = Г,(1 -0,5^1О).
или
' Г₽-0,5(кН24-VH2O + 2VCHJ-VCOi+0,5Vco + 0.5V
Г₽ ~ ^CO, **0,5 ^CO +	) * 4o » ' » 11,1
Принимая, согласно приведенным выше донным:
СО, = 0,0016 ж» Н,О — 0,018 м*
СО = 0,315 .	СН4 - 0.063
Н, = 0,63	,
•*
I
получим, что Гр будет равно
Гр = 0,0016 + 0,5(0,315+ 0,63)+0,048 + 0,0163-0,5279 <
Приводим следующий примерный подсчет, заимствован-
ный нами из книги Бескова [30]. Требуется определить, каков
должен быть состав'паровоздушной смеси, чтобы окиси углеи
рода и водорода (СО и Н2) в продуктах газификации было
втрое больше, чем азота.
Расчет ведется на 1 кг-мол кислорода, или, что то же, ня
* XI + 3,76) кг-мол воздуха.
^Количество водяного пара обозначаем через х кг-мол, счи-
тая на 1 кг-мол кислорода.
Имеем:
2С + О2 + 3,76 N, =2СО + 3,76N/
f	^C + ^HjO = хСО + хН2.
Суммарно
(2 + х)С + О2+ 3,76N2+ хН2О = (2 + х)СО + 3.76N, 4- лН.
Отсюда в продуктах газификации содержится’:
 ’ v	2 + х кг-мол (или объемов) СО
3,76	,	„	,	N,
X	»	 я	п	1’1
По условию азот должен составлять от СО | 11g, т. е
о
1	9 4-91
3,76«=4-(2-х + л)- —3‘А ;
:	'	2 + 2х=11,28;
' х = 4,64 кг-мол.
Л
IM
Следовательно, на 4,76 кг-мол .воздуха нужно вро^ить
4,64 кг-мол Н/О, или на 1 м3 воздуха
= 0,975 м1 водяного пара.
ЕЕ.	М. Тайц, П. • Г. Титов. Н. В. Шишаков. Методы
оценки ископаемых углей, как сырья для промышленного использования.
Углетехиздат, М., 1949.
2.	А. П. Михеев, Р. В. Пухли ко в а, Т. Е. Ярослав. .Оцен-
ка твердого топлива как сырья для газификации, «Газовая промышлен-
ностью, 1956, № 2.
.	3' Н. В. Шишаков. Основы производства горючих газов; Госэнер-
гоиздат, М.-Л., 1948.
4.	S. Traustel. Der Zusammenhang zwischen der Sliiqkgrosse
und der Reaktionsfahigkeit bei festen Brennstfoffcn, «Brennstoff -Warme—
Kraft», 7 (1955).
5.	3. Ф. Чуханов. Труды 3-й научно-технической конференции,
газификация твердого топлива, Госуд. науч.-техн, изд-во нефтяной и гор-
но-топливной лит-ры, М., 1957.
6.	Н. В a t ch е I d е г, R. Busch, W. Аг м strong. Kinetics of
coal gasification, Ind. Eng. chem., № 9 (1953).
7.	W. Gumz. Gas Produces and Blast Furnaces, 1950.
8.	H. Cass an. Principes scientifiques slur lesqnels reposent
les diverses techniques de la gazefication des combustibles solides,
«Chalcur et Industrie», № 2, 1957.
9.	А. И. Бродский. Физическая химия, Госхимиздат, 1948 г.
10.	Н. В. Лавров. Промышленная классификация газообразного
топлива. Сб. «Газификация твердого топлива». Труды 3-й научно-техн,
конференции, Госуд. науч-техн. изд-во нефтяной и горно-топливной лит-ры,
М., 1957.
11.	F. Schuslter. Ober die Sys-tematik - der Brenngase ./rrach
graphisch statistischen-> Methoden, «Brennstdff-’Chemie». 30, № 13 < (1955)'*
12.	Фр Шустер. Энергетические основы газовой техники, Госуд.
науч.-техн изд-во Украины, Харьков-Киев, 1936.
13.	L. Zipperer. Einfaches Abgasdiagramm fur Luftiibersfhusz,
«Das Gas und Wasserfach», 74, № 9 (1931).	/
14.	Verein deutscher EisenhOttenleute, Warmestelle Mitteilung,
№ 8, 1924.
15.	H. А. Костылев. Тепловые расчеты, теория газификации,
газогенераторы. Томск, изд-во КУ БУЧ, 1932.
16.	Н. В. Шишаков. Известия Всесоюзного теплотехнического
института, № 3. 1932.
17.	Д. Б. Гинзбург и сотрудники. Теплотехнические расчеты
установок силикатной промышленности, Промстройиздат, 1951.	.’
18.	Н. В. Шишаков. Известия Всесоюзного теплотехнического
института, № 2, 1932.
19.	П. Ф. С а б а н е е в. Расчет выработки генераторного газа, но
балансу углерода, Известия АН СССР, отд. техн, наук, Кг. 11. 1954/..
20.	Г. О. Н у с и н о в. Обработка горючих газов, Госхимиздат, 1942.
21.	А. Ф. К а л у с т.н н с к и й. Термодинамика химических реакций
и се применение в металлургии и неорганической технологии, Цветмет-
издат, 1933.
22.	Н. J u р t п е г. Die Heizgase der Technik, 1920.
23.	P. С. П а л т а. Получение водяного газа из лисичанского кокса.
Вопросы газификации твердых топлив. Сб. статей, вып. 1, ОНТИ НКТП •'
СССР, 1936.	л	
166
26. Д. Б
1/24П Ф Ска фа. Галфикания бурых углей на_парокислородном
легкой про^,ш^™°СьТ^е н. ’газ^фикаипя бурых углей в кипящем слое.
Химия и‘технология искусственного жидкого топлива и газа, выи V.
Гостоптехиздат, 1953
И«•	М «» ......•
192829. А. А. Введенский. Теплотехнические расчеты процесс <>>,
топливной промышленности, М.-Л-, Гостоптехиздат, 1.49.	.
30 С. Д. Бесков. Введение в технохимические расчеты, М..
ГОН3Т1И,И.93И. Стрелков. Украинский химический журнал, г И
1/Р 32.2’М19В. К а и т о р о в. Газогенераторы и ^генераторные етап
п»
ЗАМЕЧЕННЫЕ ОПЕЧАТКИ ’
Стра- ница	Строка	Напечатано • а	Должно быть
.26	Табл. 10, 8 гр.		
	6 стр. снизу	—*50	
42	5 снизу	на	HsS
83	16 сверху	со	соа
			
Ц9	6/Ц34 2 стр.	• л	
	рнизу .	5,07	0,57
127	15:снизу	12,2 .	2-12,2
9		* 1	1
127	. 3 сверху • •	2,17 •	2-1,7
Г. И. Де шал ит Расчеты про., ес сов газификации топлива.
Указанным реакциям соответствуют следующие кон-
станты:
И т. д.
Так как в этом случае имеет место только одна зона га-
зификации, состав газа может быть определен путем совме-
стного решения следующих уравнений:
СО2+ СО + О2 + Н2О + СН4 + H2S + N2= V,
где СО2, СО, О2, Н2О, СН4, H2S, N2— компоненты, входящие
в состав газа,
V — объем газа, получающегося из весовой единицы топ-
лива
СО24- СО 4- СН4 = С — баланс углерода;
Н24- Н2О4- СН4 + H2S = h — баланс водорода;
2СО24- СО 4- 2О24- НО = 20 — баланс кислорода;
N2= п — баланс азота;
H2S = S — баланс серы.
Кроме того, для решения указанных уравнений необходи-
мо пользоваться величинами следующих констант:
' к СО? На
Р р р 1
СО 'PLO
со
СОа
Касаясь некоторых аэродинамических вопросов, связан-
ных с газификацией во взвешенном» и кипящем слоях, можно
отметить следующее.
Отдельные частицы топлива, находясь во взвешенном со-
стоянии, будучи окруженными газифицирующей средой, дви-
жутся с определенной относительной скоростью. Отдельная
частица будет находиться во взвешенном состоянии и витать
в восходящем потоке газа, когда сила лобового давления по-
тока на частицу равна силе ее тяжести. Лобовое давление за-
висит от скорости потока, называемой критической скоростью
витания, при которой обе силы уравновешиваются.
Критическая скорость витания может быть выражена для
основной группы частиц, газифицируемых в кипящем слое
142
йри атмосферном давлении, непосредственно как функция
диаметра частиц по формуле [26].
1Г0 = 10000 1/	,
V Тг ‘
где Т70 — скорость газа в пересчете на нормальные уело*
вия, м/ч;
Ту — кажущийся удельный вес топлива, кг/м*;
Тг — удельный вес газа при нормальных условия х, кг/м •
d — средний диаметр частиц, мм;	;
Т — абсолютная температура газа, °/(.
Формула показывает, что критическая скорость витания
прямо пропорциональна корню квадратному из удельного ве-
са и диаметра частиц и обратно пропорциональна корню
квадратному из удельного веса газа и его температуры. На-
пример,
если Тг (удельный вес газовой среды) —1,211 кг/м3.
Ту — 1400 кг/м?;
7 = 900 4-273 = 1173°С;
d частиц = 0н-10 мм, dcfe„ = 5,
то	_________
U70= 100001/ г^.4,00;,5^ =22000 м/час;
или
22000 С 1 1	/
ЗбОо — 6,11 м!сек-
По найденной скорости витания частиц может быть опре*
делена»длина пути ее до полного сгорания по формуле
где г—радиус шахты газогенератора, м;
W — скорость витания частиц, м/сек;
и — скорость распространения пламени, м/сек;
h — длина пути частицы до ее полного сгорания.
Принимая г = 2,3 м,
W = 6,11 м/сек,
и = 1 м/сек,
получим h = 2,3 "у	1 ~ м-
При газификации мелкозернистого топлива, когда ско-
рость воздушно-газового потока превышает некоторую пре-
143
дельную скорость IF0, прй которой слой частйц остается
еще в покое, нарушается устойчивость слоя. Между UZ0 и
критической скоростью потока (И^кр) для каждой отдельной
частички устанавливается связь, выражаемая формулой
где У — показатель разрыхления покоящегося слоя частиц;
« — коэффициент, зависящий от размеров частиц и ха-
рактера ма1ериала.
Поскольку У* меньше единицы, скорость воздушно-
газового потока, при которой нарушается плотность слоя,
меньше критической скорости для отдельных частиц, со-
ставляющих слой.
Рис. 4.

По данным М. К. Письмена [26], наличие большого числа
газифицируемых угольных частиц во взвешенном состоянии,
в кипящем слое, обусловливает уменьшение живого сечения
потока и потому критическая скорость витания наступает при
меньшем расходе дутья. Отсюда следует, что на практике
аэродинамические условия (границы), в которых может
успешно осуществляться процесс газификации, значитель-
но уже.
Тоцеком и Остгаузом [27] были проведены опыты по га-
зификации во взвешенном состоянии на парокислородном ду-
тье мелкозернистого тощего угля, при температуре газифи-
кации 1100 С, температуре пара 450°. На рис. 4, заимс1вован-
ном из работы этих авторов, показано, как изменяется про-
должительность газификации в зависимости от размера га-
зифицируемых частиц топлйва.
Приводим расчетные данные, касающиеся газификации
мелкозернистых топлив в кипящем слое.
144
За исходное топливо для газификаций принимается бурый
уголь, элементарный состав которого и соответственно состав
по элементам (в кг-мол) были следующими:
♦
Элементарный состав (в %): С₽ —51,5; Нр — 4,82;
Ор — 15,9; Np — 0,36; Sp—1,32; при 4Р - 14,1; IF* — 12,0.
Состав по элементам (в кг-мол):
Ср — 4 29; Нр - 2,41; 'Ор - 0,497; NP-O,O128; S₽ —0,0413;
WP - 0,667.
Состав газа, рассчитанной по методу М. К. Письмена, [26]
следующий:
₽ кг-мол: СО2 —0,153; СО —0,483; Н2 —0,479; СН4 —0,023;
H2S — 0,005; Н2О — 0,228; N2— 1,153;
в процентах в пересчете на влажный газ:
СО2—6,06; СО—19,30; Н2—19,00;
СН4—3,50; H2S —0,90; Н2О —9,44; N2 —41,80;
в процентах в пересчете на сухой газ:
СО2—6,70; СО —21,00; Н2—20,88;
СН<—3,90; H2S— 1,00; N2—46,30.
Отсюда выход влажного смешанного генераторного газа —
2,52; сухого — 2,30 нм3! кг топлива. В соответствии с этим рас-
ход воздуха составлял
1,153-100
79
— 1,46 м31кг топлива,
расход водяного пара — 0,2 кг/кг топлива.
Материальный баланс процесса газификации .
Приход
Расход
Топливо —1,00 кг
Воздух — 1,80 »
Пар - 0,20 „
Газ — 2,53 кг
Унос	—0,22 ,
Выгреб — 0,08 ,
Влага газа—0,23 .
Итого — 3,0 кг
Итого — 3,06 кг
10 Г. И. Дешйлмт
145
Тепловой баланс
Приход
Теплотворная способность
угля — 5242,0 ккал
Теплосодержание водяного
пара —130,0 ккал
Теплосодержание воздуха
—12,0 ккал
Итого — 5384,0 ккал
Расход
Потенциальное тепло газа
— 2900,0 ккал
Физическое тепло сухого
газа — 707 ккал
Физическое тепло влаги
газа — 151,0 ккал
Потенциальное тепло
уноса — 960,0 ккал
Потенциальное тепло
выгреба — 262,0 ккал
Потери в окружающую
среду — 404,0 ккал
Итого — 5384,0 ккал
Отсюда к, п. д. газификации:
_ 2900,0-100
5242,0
Т<терм~
2900,0 4-707,04-151,0
5384,0
100 = 69,7%.
XI. ПОДОГРЕВ ДУТЬЯ
В предыдущих расчетах температура дутья принималась
соответствующей температуре насыщения воздуха водяным
паром. Если пользоваться, дутьем, нагретым до более высо-
кой температуры, что возможно осуществить в промышлен-
ных условиях путем использования для подогрева дутья отхо-
дящего неиспользуемого тепла или устройства для этого спе-
циальных топок, то теплотворная способность газа, выход его
могут-, оыть повышены.
На диаграмме (рис. 5), за-
имствованной нами у^Гумца
[7], представлено влияние по-
догрева дутья на повышение
теплотворной способности газа.
На диаграмме видно, что по-
догрев дутья не влияет на по-
вышение теплотворной спо-
собности безвлажного газа.
Таким образом, повышение
теплотворной способности ге-
нераторного газа путем подо-
грева дутья объясняется до-
полнительным разложением
водяного пара в процессе га-
зификации за счет тепла по-
догрева дутья [32].	• • л
Влияние подогрева дутья
на изменение состава газа, по-
Рис. 5.
вышение его теплотворной способности ' и выхода покп.чы
вается на следующем примерном расчете.
При подогреве смеси воздуха и водяного пара i 1- мп»
ратуры Г в газогенератор вносится следующее допошик и
ное количество тепла:
... Q = (-КС.4-ип• с„)ы,
где V8 V п—расходы воздуха и водяного пара в лг1 на I я’
сухого генераторного газа.
Принимаем расход воздуха на 1 кг топлива (в данном
случае мелкого кокса — коксика) — 2,2 м3\ на 1 л3 сухого
генераторного газа, это составит
*	2,2 : 3,27 = 0,67 м3/нм3 газа
(3,27 — выход газа с 1 кг топлива).
Пар поступает из котельной при давлении р = 3—4 атм и
температуре 150° С; расход водяного пара на 1 м2 газа со-
ставляет ~ 0,1 nt3.
Принимаем температуру подогретой паровоздушной смеси
395° С; тогда, если принять температуру паровоздушной сме-
си без подогрева, равной 6ГС, т. е. при увеличении на-
грева паровоздушной смеси на 334°, дополнительное количе-
ство тепла будет таким:
Q = (0,67 • 0,32 + 0,1- 0,5) 334 = 90,2 ккал.
Это тепло расходуется на образование водяного газа, коли-
чество которого будет следующим:
44,81/ (У\С„+ УЛ)
30044
где 44,8 — количество СО и Н2, порученных из 1 кг-мол
Н2О м3;
С + НаО s=s СО + Н, — 30044 ккал-,
22,4 м3 22,4 м3
30044—тепловой эффект реакции, ккал1кг-мол.
Отсюда
44,8 Q 44,8-90,2
30044 ~ 30044
= 0,134 м3/м3 газа,
или 13,4 Л13 на 100 Л13 газа. На образование 0,134 м3 Н2 + СО
расходуется 0,05 кз топлива *.
На 100 кг топлива будет дополнительно образовываться
13,4 л? газа; общий выход газа составит 340,4 мл!3; что ка-
сается состава газа при работе на подогретом дутье, то он
определится следующим путем.
......  —--—
1 При расходе 12 кг углерода протекает реакция С 4- Н2О » СО + Н2 и
расходуется 30044 ккал\ при дополнительном вводе 90,2 ккал будет от-
лучаться дополнительное количество водяного газа в количестве 0,134
и расходоваться 0,05 кг мелкого кокса (коксика).
148
Таблиц! 61
Состав газа без подогрева дуты
Компоненты газа
Количество компонен-
тов в пересчете на су-
хой газ в */о
Количество компонентов и
пересчете не 1<л|жний на
•7.
6,26
27,33
0,34
12,32
0,34
53.41
100.0
5,575
24.32
0.305
10.963
0,303
47,524
11.007
кхй>“
Так как вследствие nqflorpeBa дутья образовалось до-
полнительно 13,4 м3 водяного газа, то состав газа изменится
и будет таким (в %).
ргч __	5,573	_. е л •
С°2	1 +0,134	5,°*
u 10,963 4" 6,7
На= ~ i + о,134~ ~15,6:
24,32 + 6,7
1,134
pu ____ 0,305
С-п, — , ,.
1,134	°,27:
HaS=- 0,27;
кт 47,524
N.=
1,134	42,0’
-11Ж = 9Ю
1,134
Ито го—100%
J49
XII. РАСЧЕТ СОСТАВА
СМЕШАННОГО ГЕНЕРАТОРНОГО ГАЗА
ПО АЛГЕБРАИЧЕСКОМУ МЕТОДУ [28]
Пусть компонентами генераторного газа будут: СОг, СО,
Н2, Н2О, N2, которые мы соответственно обозначаем: X, у, Z,
h, п.
На I кг углерода получается х-+у — 1,86 м3: это следует
из того, что 12 кг углерода содержатся в 22,4 м3 газообраз-
ных компонентов; 1 кг углерода содержится в
22 4
-^- = 1.86 м'.	(1)
Количество кислорода, соединенное с углеродом, равно
9 м3'< количество кислорода, получающееся в резуль-
Z ,	_
тате разложения водяных паров—• Поэтому количе-
ство кислорода, поступившее из воздуха, составит,
С учетом соотношения между кислородом и азотом воздуха
имеем:
Если количество вводимых водяных паров -а, то
0,804
(3)
Соотношение, существующее между концентрациями СОг и
СО, находящимися в качестве компонентов газа в равновесии
при температуре I, следующее (28):
152
а
Для нашего случая, в связи с тем, что общий объем глm ро-
вен х + у + z + Л +«, будем иметь, что концентряцня < > и
Со равны:
Со = —р---,
+z + + Я
»
откуда
С __х(х-\-у 4- z-)-h + п)
СО5""
 «
В соответствии с указанным выше соотношением нМс< й:
19500 х(х+у + ;-|-Л |")
27знн” --------------У---------’	(4)
Из условий равновесия компонентов газа СО», СО, 11», II <:
имеем [28):
5000 xz г
- 273+7 +1П?Л		<8)
Таким образом, мы имеем пять уравнений с пятЬЛ Неиз-
вестными. Условия теплового баланса газогенератора долж-
ны быть соблюдены. Количество тепла, вводимого в газогене-
ратор, в пересчете на 1 кг углерода, составляет 8100 ккал;
со смесью воздух-пар вводится тепла:
1,266 пъ + ь,	\
9	’
где т( и у, — соответственно теплоемкости 1 м* воздуха и
пара при температуре паровоздушной смеси. Можно при-
нять, что
1,266 «Ti+o^4l«= ИО,
поскольку количество тепла, содержащееся в паровоздушно’’!
смеси, приходящейся на 1 кг углерода, равно 140 ккал. Отсю-
да количество тепла, вводимого в газогенератор:
8100 + 140 — 8240 ккал.
С другой стороны, введенное количество тепла может
’быть распределено по статьям расхода следующим образом:
Тепло горения газа 3062#+ 2613z,
где 3062 и 2613 — соответственно теплотворные способности
СО и Н2.
!
153
Теплосодержания СО2, СО, Н2, N2 и Н2С.
для СО2—х(0,37/4- 0.00022/2);
для (СО 4- Н2 + N2— (у 4- z 4- п) (0,303/ 4- 0.000027/2);
для Н2О —Л(б,34/ 4-0.00015/2).
Суммируя и вынося за скобки i и /2. получаем, что теплосо-
держание составит
/{0,37 л 4- 0,34Л 4-0,303(> + z 4- л)} + /> {0,00022x40,00015Л 4
4 0,000027 Су-Н + п)}.
Потеря тепла газогенератором на излучение и конвекцию
равна ~ 6% от теплотворной способности углерода, что со
ставляет около 500 ккал.
Приравнивая количество тепла, вводимого в газогенера-
тор, к теплу, уходящему из газогенератора, и производя со-
ответствующие упрощения, имеем:
7740 = 3062^4-2613z к #{0,37 л + 0,34ft 4 0,303 (j 4 г4~л)}4
4- />{0,000 22л 4 0,00015ft 4- 0,000027 - (у + г 4- л)}.	(6)
Таким образом, мы имеем шесть уравнений с шестью неиз-
вестными.
Для решения указанных уравнений упрощаем предвари-
тельно уравнения (4) и (5). Путем простых преобразований
имеем из уравнения (4):
14177 — 19,5/	^(X4_Jr + z + A + n)f
273 4-/	у2
откуда
14 77 - 19.5г
273 + Г
л(х4 У 4 Z4-A +л)
где е — основание натуральных логарифмов.
Производя разложение в ряд Маклорена и останавли-
ваясь на четвертом члене, получаем
г^ + А Ьл) 14177— 19,5/
У	273 4-/	+
14177 — 19,5/ 1» 1 Г 14177 — 19,5 ]3 1
"273 + / I 2 + .	2734-/	j 6
Из уравнения (5) можно получить аналогичные выраже-
ния. Но, как легко видеть, решение такой системы потребова-
ло бы сложных вычислений. Можно поступить проще. Возь-
мем для примера случай, когда вводится 0,4 кг водяного пара
154
на 1 кг угле[11да и температура газа равна 770° С. Тогда бу-
дем иметь	4
?й-0.496
Подставляя в уравнение (2) вместо х + у величину, полу-
ченную из (1), после преобразования имеем:
« = 6,997 —1,8811,881г.	(2а)
Подставляя в (4) вместо у величину, полученную из (1), и
имея в виду, что x+y + z + h<= 2,356,
после преобразования получаем
у2 = 2,248(1,86 — у)-(2,356 + п).	(4а)
Из (5) подобным же образом получаем
(1,86 — у) z = 0,81 Зу (0,496 — z).
(5а)
После последовательных подстановок и сокращений получаем
следующую систему уравнений:
,	0,403_р
2	1,86 — 0,187j/’
__13,014 - 5.5650J/ + 0,351
1,86 —O,187j>	’
yi - 21,70>« + 106,38j> — 120,50 = 0.
Решая (Зв) интерполированием, получаем
(1в)
(2в)
(Зв)
Из уравнения (1в) получаем z = 0,426
,	•	.	(2в)	' , л = 3,07
,	.	(1) и (3) „ х = 0,204, й=0,070
Необходимо проверить, будут ли соответствовать найден-
ные значения условиям теплового баланса.
Так как 3,07 jh3 азота соответствуют 3,88 зР воздуха, то
воздух, вводимый в газогенератор, содержит 103 г водяного
пара на 1 м3 сухого воздуха; значит, воздух насыщен водя-
ным паром при температуре 49°,
Тогда тепловой баланс газогенератора будет таким:
тепло, вводимое с углеродом,	— 8100 ккал,
,	» с паровоздушной смесью, — 59 ,
Всего — 8159
тепло горения газа	—6183 я
! теплосодержание газа и пара —1392 ,
Всего — 7575 ,
155
теряется тепла в газогенераторе — 584 ккал, или 7,1%, что
в общем является приемлемым.
Выше были найдены значения для СО2, СО, Hi, НгО и
N2 в л<3; отсюда следует, что состав безвлажного газа (в %)
следующий:
СОг— 3,8,
СО — 30,92,
Н» — 7,95,
N2 — 57,33.
XIII. КОНВЕРСИЯ 1 V ; ' t '*
Одним из методов повышения содержания водорода в тех-
нических газах, превращения углеводородных газов в окись
углерода и водород с целью дальнейшего синтеза является
конверсия (превращение).
. Повышение содержания водорода в технических газах осу-
ществляется за счет реакции
СО + Н,0 ш СО, 4- Н,.
Превращение углеводородных газов в окись углерода и водо-
род может осуществляться за< счет проведения таких про-
цессов:
СН4 4“ Н,0 » СО + ЗН, + 50200 ккал!кг-м.<м\
с ростом температуры равновесие сдвигается вправо; полу-
чающаяся при реакции окись углерода в свою очередь реа-
гирует с водяным паром:
СО 4- Н,0 и СО, + Н„
Г
Суммарно в результате протекания обеих реакций j меем:
СН4 4-2Н,0 « СО, 4-4Н,.
Подобно метану, конвертируются и другие углеводородные
газы, например:
С3Н8 + ЗНаО s=± ЗСО 4- 7Н„
или, с учетом последующей конверсии СО;
С,Н, 4- 6Н,0 •-* ЗСО, 4- юн,.
Приводим несколько примерных расчётов, иллюстрирую-
щих применение конверсии.
Смешанный газ, идущий на конверсию, имеет оостан
(в %Г- СО — 36,0; Н2— 35,5; СО2— 5,5; N,— 23,0.
Сколько объемов водяного пара нужно взять на 1 объем это
го газа, чтобы в сухом конвертированном газе содержание
СО было не выше 2%, если конверсии протекает при 550° С
157
и если принять, что в конверторе газ достигает своего равно-
весия? Принять константу равновесия при этой температуре
равной 0,281.
Конверсия протекает по реакции
со + н2о«со± + нг
'константа которой
Кр =	= 0,281.
‘ СО21 Hs
Расчет ведется на 100 кг-мол сухого смешанного газа.
Обозначаем количество водяных паров, вводимых на
100 кг-мол сухого газа, через у кг-мол, количество прореаги-
ровавшей СО — через х кг-мол. Остаток СО после конверсии
составит (36 — х) кг-мол. В результате конверсии получает-
ся х кг-мол Н2 и х кг-мол СО2; водяных паров прореагирует
также у кг-мол.
Процесс, протекающий при конверсии, может быть пред-
ставлен следующим уравнением:
36СО + 35,5Н2+j>H2O + 5,5СО2 + 23N, = (36 - х)СО +
+(35,5 + х)Н2 -М> ~ х)Н2О + (5,5 + л)СОа + 23Nt.
Таблица 62
Состав газа (на 100 кг-мол сухого смешанного газа)
Компоненты	газа		Состав гзза в кл-мол	
		до конверсии	после конверсии
СО Н> Н,0 СОа Na		36 35,5 23,0	(35-х) (35,54-х) £Гх 23
Итого влажного газа сухого газа		(1004-v) 100 л	(100+ у) (Ю?+х)
конвертированном газе должно состав-
в
газа, т. е.
Количество СО
л ять 2% от сухого
отсюда х — 33,3 кг-мол.
Для определения у составляем второе уравнение, поль-
зуясь дня этого константой равновесия:
_ [СО] [Н,О]	[36-хП.У-*] ж0281
158
или
2.7 Су —зз.з)
38,8.68,8
отсюда у = 311 кг-мол
Следовательно, для данных условий конверсии на 1 объем
сухого смешанного газа необходимо брать 3,11 объема во-,
дяных паров.
Конверсия составляет 
Приведем другой пример. Сколько требуется взять водя-
ного пара на 1 м3 смешанного газа при конверсии, чтобы со-
держание СО в сухом конвертированном газе было не боль-
ше 3%.	'
Состав смешанного газа в (в %).
СО —36; СО2 —5; Н2 —33; N2 —21,5; Н2О — 4,0; СН4 —0,5.
Конверсия протекает при температуре 530° С, равновесие
достигает 90%. давление при конверсии— 1 ата.
Реакция конверсии: СО + Н2О = СО2 + Н2.
При 530°С константа равновесия указанной реакции опреде-
ляется следующим образом:
-2059
lg/<p = —+ 1,59041g Г—1,817-Ю"3? }
4- 5,65-10“7 Т’ - 8,24- IO’11 7” — 1,5313.
При -530е	= 0,245.
При степеци • равновесия 90% •
Кр = 0,-245- 0,9 = 0,22.
 \
Отсюда
СО  Н,0
Принимая количество .водяного пара, взятого на 100 jh3
сырого газа, в х л»3, определяем состав газа до конверсии
(в кг-мол):
СО — 36: 22,4 = 1,608,
СО2— 5:22,4 = 0,223,
Н2 — 33 : 22,4 = 1,475,
.'N2 —21,5:22,4 = 0,960,
СН4— 0,5 : 22,4 = 0,022,
Н2О(х +4): 22,4 = (0,0446 х + 0,179).
159
До конверсии имелось сухого газа:
(1,608 + 0,223 + 1,474 + 0,960 + 0,022) = 4,287 кг-мол.
Процесс конверсии проходит без изменения объема газа;
поэтому, если в конвертированном газе осталось у кг-мол СО,
' то прореагировало (1,608 — у) кг-мол СО и столько же Н2О;
при этом образовалось по (1,608—у) кг-мол СО2 и Нг. Объем
сухого конвертированного газа определится так:
4,287 — к 1,608 — у) + 2 (1,608 — у) = (5,895 — у) кг-мол.
Окись углерода должна составлять 3% >т. е.
у = 0,03(5,895 — у);
отсюда у — 0,171 кг-мол СО.
Таким образом, в процессе конверсии расходуется по
1,608 — 0,171 = 1,437 кг-мол СО и НгО и образуется
1,437 кг-мол СО2 и 1,437 кг-мол Нг.
Состав газа после конверсии будет следующим (в кг-мол):
СО —0,171
СОг—0,223 + 1,437 = 1,660
Н2 — 1,474 + 1,437 = 2,911
N2 —0,960
СН4— 0,022
Н2О—0,0466 + 0,179— 1,437 = 0,0446 х — 1,258.
*
По величине константы равновесия Определяем х, т. е.
количество водяных паров, взятых на 100 м3 исходного газа.
(СО]-[Н2О] _ 0,171 (0,0446л- 1,258)	_ „
Лр~ [СО,>[Н,] ~	1,660-2,911
откуда х — 167 м3 водяного пара на 100 м3 исходного сме-
шанного газа.	z
Конверсия водяного-газа
Принимаем состав водяного газа, поступающего на кон-
версию, следующим (в %):
СО, —6,2
СО -37,8
Н, —51,0
N, -4.2
СН4- 0,8
I
Содержание СО в конвертированном газе — 4%.
160
Показать, что
СО =
(1—х)Д
1 -\-ах
где а — содержание СО в исходном водяном газе;
х—количество прореагировавшей СО в результате реак-
ции конверсии.
Если в исходном водяном газе содержание СО состав-
ляет 37,8%, то в 1 м3 "этого газа содержится 0,378 м3 СО-и
в 1 м3 конвертированного газа — 0,04 м3 СО. Считая на
1 м3 исходного газа, получаем, что в 1 м3 этого газа содержит-
ся а м3 СО, осталось после конверсии а — ах. Объем водя-
ного газа, подвергающегося конверсии, должен увеличиться
на ахм3. Тогда-получаем, что
0 04 „ 0.378(1 -X).
’	1 +0.378Х ’
отсюда х — 0,86.
Имеется коксовый газ следующего состава (в %)’-
СО2—3,3; CnHm —2,1; О2—0,3; СО —6,0; Н2—58,9; СН4—
24,4; N2—5,0.
Если вводить газ такого состава вместе с водяным паром
в газогенератор водяного газа, т: е. во время продувки его
водяным паром (во время холодного его дутья), то при этом
могут протекать следующие реакции:
COt 4-Cs=s2CO	—28400 ккал;
• С,Н4 + 2Н,О»2СО + 4На - 4727 ккал;
СИ, 4- Н,0 « СО + ЗН, —49180 ккал.
Таким образом, получится (в пересчете на 100 объемов 4
исходного коксового газа):
. СО — 6,6 4- 4,2 4- 6,0 4- 24,4 = 41,2 м\
Н2— 8,4 4- 58,9 4- 75,2 = 142,5 л3,
а всего — 183,7 м3, включая и азот.
Если к такому газу добавлять водяной газ, содержащий
45% СО и 45% Н2 в таком количестве, чтобы получилась
смесь, в которой соотношение между окисью углерода и во-
дородом было равно 1:2, то
41,24-х	1
142,5 4- х “ 2 ’
откуда х = 58,1 .и3.
10. *1. И. Дешалит
161
_ c? । сюда следует, что водяного газа нужно вводить
1 *
б Тэ = 130 м' на 1 0 м* исходного коксового газа;
всего будет получаться
,	41,2 + 142,5 + 5 + 130== 318,7 я3 газа
в котором будет содержаться 99,3 я3 СО и 200,6 д3 Н2.
XIV. РАСЧЕТЫ, СВЯЗАННЫЕ С ПОЛУЧЕНИЕМ
СИНТЕЗ-ГАЗОВ
Соотношение между СО и Н2 в синтез-газе принимается
равным 1 к 2'; принимается что в состав синтез-газа входят
компоненты: СО2, СО, Н2, Н2О, СН«. По этим исходным дан-
ным можно определить состав газа в объемных процентах
следующим образом:
Составляем исходные уравнения:
1)	СО. + СО-Ь-Н, + СН44-Н,О= 1;
о\ СО__ 1 .
2)	Н,“ 2 ’
^СО
3)	д---= КР (/Cp — константа равновесия из
/СО, * 1	*
СО + СО,ш2СО);
Р Р
.. 'со 'н,	„ ?
4)	—-р----~^р иЧ> ~ константа равновесия
ZH2O ’ •	’
ния С 4- Н2О «СО 4- Н.);
Р
г -СН4 Л
5)	гл—а. (лр — константа равновесия из
лн2 ’	3
С 4- 2Н,«СН4).
уравнения
из уравне-
уравнения
Для нахождения указанных констант пользуемся данны-
ми, приводимыми А. А. Введенским [29]: '
57,09;
Kpt = 39,77;
Кр2 = 1,608-10-».
Тогда
СО ‘ 1 .
Н, “ 2 ’
	, СО = 0,5На;
1 Принято в данном случае; оно может быть и иным.
163
Г0 __(СО]*___ 0.25Н; __ q qq4|j <.
С°*“ 57,09 л 57,09 . и*ии4Н»-
Н О „ СО*На  0,5- Н,- Н,	q012Н’*
Н,О	—	3977	0,012Н,.
сн4 = н;*/с,=о,О16О8н;.
Уравнение 1 при указанных значениях преобразовывается
следующим образом:
0,004HJ4-0,5Ht+Ha + 0,012H; + 0,016H2-1 =0; •
или	,
0,032Н’ + 1,5Н2- 1 =0;
- 1,5 ± /1,5*+4*0,032 Л со
-н» Г---------2”б.б32”------= °’63’
Тогда
СО-0,315; СО, = 0.0016;
Н2О = 0,048; СН4 = 0,0063.
Отсюда состав газа (в %) будет следующим:
СО2— 0,16
СО —31,5	’ .
Нг —63,0
НгО — 4,8
СН4— 0,63	,.х*.
По составу синтез-газа можно определить количество не-
обходимого газифицирующего реагента, считая его при этом
состоящим из кислорода и водяного пара.
Количество необходимого газифицирующего реагента оп-
ределяется из балансов водорода и кислорода следующим
образом.
Если принять количество газифицирующего реагента,' счи-
тая его в м3 на 1 м3 синтез-газа, Гр, то из баланса водоро-
да следует t	•
г V = V ~ V л. 917
₽ н2о vh2, Нао ZVCH4’
где Гр — выражается в .и3,
© — содержание водяных паров в 1 .и’ газифицирую-
щего реагента;
отсюда
Уо = 1 — о (содержание в 1 ма газифицирующего .ре-
агента кислорода).
164
• Из баланса кислорода следует:
^со, + 0-5К'со + 0,5Н,О-Г,(^4
= М1 “ VH,0 + °-SH.o’ - г. о -М W
или
Гр — 0,5(VHs + 1/Н1[0 + 2^снр«= VCOt О.б^со <»,М ||(,,
Г₽= ^СОа + 0,5<VCO + VH.) '•* ' Hj) I V СИ.,
Принимая, согласно приведенным выше лонным:
СО, = 0,0016 м* Н.О — 0,0-1 к «•
СО = 0,315 . СН,  0,063
Н. = 0,63	.
И
I
получим, что Гр будет равно
Гр = 0,00164-0,5(0,315 + 0,63) + 0,048 + 0,(X 63 0,5279
Приводим следующий примерный подсчет, >аимстпов<1н*
ный нами из книги Бескова [30]. Требуется определить, каков
должен быть состав'паровоздушной смеси, чтобы окиси угле-
рода и водорода (СО и Н2) в продуктах газификации было
втрое больше, чем азота.
Расчет ведется на 1 кг-мол кислорода, или, что то же, на
* '(1 + 3,76) кг-мод воздуха.
. :у, Количество водяного пара обозначаем через х .кг-мол, счи-
тая на 1 кг-мол кислорода.
Имеем:.
2С + О2 + 3,76 N, = 2СО + 3.76N/
,	ЛС -j- лН,0 = хСО + лН2.
Суммарно
(2 + х)С + О2 + 3,76N2+ хН2О = (2 + x)CO + 3.76N, | кН.
Отсюда в продуктах газификации содержится":
2 + х кг-мол или объемов! СО
3,76 •	,	.	N.
Я	* Я	Я	Н|
По условию азот должен составлять -- от < <» II
3,76 = у (2 - х + л) =	;
2 + 2х=11,28;
х = 4,64 кг-мол.
Следовательно, на 4,76 кг-мол .воздуха нужно b^p^utj
4,64 кг-мол НгО, или на 1 м3 воздуха
4,64-22,4 ЛО7_ ,	"	-
£ оо — О,97о м1 водяного пара.
ЛИТЕРАТУРА
1. Е. М Тайц, П. * Г. Титов, Н. В. Шишаков. .Методы
оценки ископаемых углей, как сырья для промышленного использования.
Углетехиздат, М., 1949.
2. А. П. М и х е е в, Р. В. П у х л и к о в а. Т. Е. Я р о с л а в. .Оцен-
ка твердого топлива как сырья для газификации, «Газовая промышлен-
ность», 1956, № 2.
V /З'Н. В. Ши таков. Основы производства горючих газов; Госэнер-
гоиздат, М.-Л., 1948.
4.	S. Traustcl. Der Ziisammenhang zwischen der Stiiqkgrossc
und der Reaktionsfahigkeit bei lesion Brennsrtoffcn, «Brennstoff -Warme—
Kraft», 7 (1955).
5.	3. Ф. Чуханов. Труды 3-й научно-технической конференции,
газификация твердого топлива, Госуд. науч.-техн. изд-во нефтяной и гор-
но-топливной лит-ры, М., 1957.
6.	Н. В a t с h е 1 d е г, R. Busch, W. А гм strong. Kinetics of
coal gasification, Ind. Eng. chem., №_9 (1953).
7.	W. Gumz, Gas Produces and Blast Furnaces, 1950.
8.	H. Cass an. Principcs scientifiques siur lesquels reposent
les diverses techniques de la gazefication des combustibles solides,
«Chaleur et Industrie», № 2, 1957.
9.	А. И. Бродский. Физическая химия, Госхимиздат, 1948 г.
10.	Н. В. Лавров. Промышленная классификация газообразного
топлива. Сб. «Газификация твердого топлива». Труды 3-й научно-техн,
конференции, Госуд. науч-техн. изд-во нефтяной и горно-топливной лит-ры,
М., 1957.
II.	F. Schuslter. Ober die Systematik - der Brenngaste jrach
. graphisch statistischen-> Methoden, «Brennstctff-’Chemie». 30, № 13 •< (1955)»
12.	Фр. Шустер. Энергетические основы газовой техники, .Госуд.
науч.-техн изд-во Украины, Харьков-Киев, 1936.	. .-
13.	L. Zipperer. Einfaches Abgasdiagramm fdr Luftiibersfhusz,
«Das Gas und Wasserfach», 74, № 9 (1931).	*
14.	Verein deutscher Eisenhiittenleute, Warmestelle Mitteilung,
№ 8, 1924.
15.	H. А. Костылев. Тепловые расчеты, теория газификации,
газогенераторы. Томск, изд-во КУ БУЧ, 1932.
16.	Н. В. Шишаков. Известия Всесоюзного теплотехнического
института, № 3. 1932.
17.	Д. Б. Гинзбург и сотрудники. Теплотехнические расчеты
установок силикатной промышленности, Промстройиздат, 1951.	:
18.	Н. В. Шишаков. Известия Всесоюзного теплотехнического
института, К$ 2, 1932.
19.	П. Ф. Сабанеев. Расчет выработки генераторного газа по
балансу углерода, Известия АН СССР, отд. техн, наук, К?. 11, 1954л^.
20.	Г. О. Нус инов. Обработка горючих газов, Госхимиздат, 1942.
21.	А. Ф. К а п у с т.н и с к и й. Термодинамика химических реакций
и се применение в металлургии и неорганической технологии, Цветмет-
нздат, 1933.	'	' '
22.	Н. J u р t п е г. Die Heizgase der Technik, 1920.
23.	P. С. П а л т а. Получение водяного газа из лисичанского кокса.
Вопросы газификации твердых топлив. Сб. статей, вып. 1, ОНТИ НКТП •'
СССР, 1936.	л	-
166
.	24 П Ф Ска фа. Газификация бурых углей на парокислородяо»
дугь%-под давлением. Гост^.лкат Украины. Киев. 946
25	. Д Б, Г и н з б у р г. Газогенераторные установки,
легкой поомышленности, М.-Л., 1937.
26	. М. К- Письмен. Газификация бурых углей в
Химия и технология искусственного жидкого топлива и
Гостоптехиэдат, 1953
27	«Соке a Gas», № 6, 1950.
28	С е г a s о 1 i, Tito, II calcolo della Coinposicione
25. Д. Б
ч. П Госиздат
кипящем слое
газа, ВЫП. V,
del । a Ml 1<»,
192829. А. А. Введенский. Теплотехнические расчеты прощ-сгон
топливной промышленности, М.-Л., Гостоптехиэдат, к49
30 С. Д. Бесков. Введение в технохммическис Р«'	***••
Г0Н™'и193И. Стрелков. Украинский химический журнал, t И.
СТР 32 Л Канторов. Газогенераторы и галогенерагоп ч- и
У	4	*	*’	----4
ЗАМЕЧЕННЫЕ ОПЕЧАТКИ*
Стра- ница	Строка •	Напечатано • .......	Л _.п	Должно быть
.26	» Табл. 10, 8 гр. 6 стр. снизу	-'50	•
42	5 снизу	Н,	НвЗ
83	16 сверху	со t >	СОЯ
Ц9	6,Тр.; 2 СТр.		J
(	рнизу .	5,07	0,57
127	15'снизу	12,2	2-12,2
»		• 1	1
127	3 сверху • •	2,17 »	2-1.7
Г. И. Де шал ит Расчеты процессов газификации топлива.