/
Автор: Костылев Н.А.
Теги: металлургия теплотехника печи промышленные печи металлургическая промышленность
Год: 1934
Текст
• • «•
/ г
ТЕЛЛОВЫ Е РАС ЧЕ ТЫ
ГАЗОГЕНЕ РА TOPOL
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ Н Е Ч Е А
И г
Г F - ИИММИИ1ИаЯ1
\ ’ V--- ! .
Ц|Юф. В. А. КОСТЫЛЕВ
ТЕПЛОВЫЕ РАСЧЕТЫ
газогенераторов
металлургических печей
ИЗДАНИЕ ПЯТОЕ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО ПО ЧЕРНОЙ и ЦВЕТНОЙ ИЕТАЛЛУРГНИ
Ленинград _ матки*
i
МЧ-50-5-3
Отв. редактор Я. Готшток. Техн. редактор Е. Г. Д°РФма!^ Госметаллургиздат N 86/л. Индекс МЧ-50-5-3. Тираж 6 000. Сдано в набор 3/Х1-331г-Подписано в печать 5/1-34 г. Формат бумаги 6291 Печати^ лнсг 13+2 вклейки. Бумажных листов 7. Печати знак, в бумажн. л. 103500. Заказ » ИВ4, ленгор-7 лит к 29994. Выход в свет яИвапь 1934 г.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие к пятому изданию ............................... .
Процессы горения ................................. - . * . .
Реакция горения. Закон сохранения материи ............. .
Воздух для горения ........................ Обогащение воздуха кислородом
Расчеты горения газа и каменного угля ...................
Определение избыточного (сверх теоретического количества) воздуха но анализу дыма ............ ...................... -
Тепловые расчеты ^ ....... h ... ....................... . . .
Закон сохранения энергия............................... .
Вычисление теплотворной способности ...... Теплоемкость ......... -..................
Температура горения .......... , - .
Теория газогенераторного процесса ........................ ,
Способы использования тепловой энергии топлива Теория газификации .......................
Исследование работы действующих генераторов
Каменноугольный генератор ¥ ................. . Дровяной генератор ....... .................... . . .
Сравнение работы генератора без дутья и с дутьем ........ Состав газа и распределение температур по высоте генератора - . Скорость газификации .
Топливо .......................................
Влияние конструкции генератора ..........................
Расчет генераторного гава на каменном угле ...................
Состав генераторного газа . . ............* • . . , . .
Распределение генераторного гава .....................-
Расход первичного воздуха ... .......... ................
Расход вторичного воздуха. ....................... . . . _
Поверка расхода воздуха .
Определеаие температуры нагретого генераторного гава Состав н количество продуктов горения генераторного гава.
Теплопроизводнтельная способность генераторного газа Материальный баланс генератора ........
Тепловой баланс генератора . ..........................
Определение теоретических температур горения ............
Поверка избытка воздуха оо содержанию 02 и Na в дыме.....
Коэфицнент полезного действия генератора - . ............
Обзор расходных статей теплового баланса генератора . Влияние влаги < . ................
Влияние смолы, выделяющейся при газификации......... >
Влияние размерности топлива .
Влияние образования саисв (пыли) . . . . ................
Влияние волы F .
Влияние оотепь тепла на радиацию, конвекцию и теплопроводность „ Вл яипе утечек газа
Влияние теморратуры газа, выходящего из генератора ...... Количество и качество газифицируемого в генераторе газа ...... -
Содержание влаги .......... . . . . , h ..... .
Температура газа, оставляющего генератор, в физическое тепло, заключающееся в нем .....................
Стр. б 6
6 18 10
24 27
29 30 32 37
38 51
63 66 67
70
71 73
74 76 77
80
81
82
83
84
85 86 87
80 90
91
92 93
97 08
Стр.
Потери тепла радиацией, конв-кцней- . г 69
Температура плавления и со.тав з?лы ......... —
Толщина елО' топлива , . * * * . . . . * > < - * - • . * - • • • —
Влияние состава золы на спекание и оплавление ое. Газификация с полу-
чением жидкого !>1лаЕС i . , . . . .. . . .. - - 102
Обычная работа генераторов . . . . - . , —
Работа генераторов с ра пдаэленнв-тг волы . > . . . ......* . !07
Расчет генераторного газа пч дрова?! . Д12
Определение телмчины х . . , . ......... Г , 115
Расход первичного воздуха ................................... 117
Расход ।вторичного воздуха - . - • . . . . , .. . - , - . . * ► . —
Температура генераторного газа в начале газопровода . . - , —
Состав и ко5нчв(иво продуктов горения па 1 кг дров (без глолы) . 118
Теплотворная способность reuepaiорного г за . , [19
Материальный баланс генератора с газопроводом - —
Тепловоз баланс генератора —
Расчеты с газг-мн вообще (генераторным и продуктами горения) . . . . . 12’%
Осушение газа .......................... —
Иове ка анализа генераторного газа . - 12а
Поверка анализа дыма ...... t 129
Расчет газогенераторов . . ., * . _ . . . , . . ., - ► . 183
Общие соображения . . , , . . . - . .. . . . . ................... —
Пр^ф^лн гепера оров и примеры .расчетов . . . . 135
Примеры конструкций генераторов .*...,., ...... .. . 140
Улучшения в процессе газификации. Контроль за работой гечератсров . 185
Газификация каменных углей при низких т₽мперагурах . и . . ^ . —
Генераторные установки с паровым । котлами ........................ [89
Контроль работы генератора 191
Холодный и горячий ход каменноугольного генератора Прогары . . ;98
Настыли в генераторе > — ... . 197
Исследование работы генератора................................. . —
Руководство для состааления отчетов испытаний 19В ’
Материальный п те тловой балансы процессов . . . 204
Материальны?, бадане на 1 кг выгруженного материала ...... 207
Тепловой баланс * ........... . . —
Сводка теплового баланса установки ..................... . . 208
ПРЕДИСЛОВИЕ К ПЯТОМУ ИЗДАНИЮ.
Выпускаемая книга имеет исключительно учебный характер и не претендует на полноту изложения затронутых в ной отделов, согласно цели, которая была поставлена намиг дать необходимые сведения для лиц, изучающих металлургию.
Однако мы сознаем, что в ней есть крупные недостатки, исправить которые в этим издании нам не представилось возможным. Мы считаем поэтому необходимым внести в следующее издание, если в нем будет надобность, отдел о графическом методе тепловых расчетов, подробнее развить главу о газификации, обратив особенное внимание на газификацию торф i и антрацита, дать необходимые сведения о специальных методах газификации (водяной газ, газ Монда и пр.).
На эти недостатки и ряд других нам сделаны были указания со стороны наших критиков, за что мы и приносим им глубокую благодарность, надеясь получить от них ценные указания и в будущем.
Н. Костылев.
1933 г.
Процессы горения.
Реакция горения, Закон сохранения материи.
Химические реакции пишутся, как известно, в виде равенств, причем, если они написаны правильно, то по ним можно определить как относительные веса вступающих в реакцию элементов или их соединений, так и относительные веса получающихся продуктов.
Так Р в томасовском конверторе или в основной мартеновской печи выгорает, образуя РЭОВ по реакции:
2Р -р 2,5Оа = РаОй
2'31 4- 2,5.32 — 142.
Чтобы удалить из ванны этот вредный элемент, необходимо не только окислить его, но и прочно связать в шлаке по реакции:
PaOs -НСаО = (СаО)4-РА
142-j-4'56 = 366.
Числа, написанные под реакциями и указывающие на весовые отношения вступающих в реакцию элементов или их соединений к водороду, принятому за единицу, говорят также о равенстве весов левой и правой части каждой реакции.
Так как при металлургических расчетах приходится переходить от весовых отношений к реальным весовым количествам, а в качестве весовой единицы в промышленности у нас принят 1 кг, то в дальнейшем и будет принято условно весовое количество водорода:
1 кг водорода — 1 килограмм - атом Н,
2 кг водорода—1 килограмм-молекула Н2,
31 кг фосфора — 1 килограмм - атом Р,'
32 кг кислорода — 1 килограмм - молекула Оа,
142 кг PaOs — 1 килограмм - молекула РаО5 и т. д.
По выше написанным реакциям нетрудно вычислить, что на каждый килограмм вступающего в реакцию Р приходится:
2 5. До
4*01
пркчзм получается:
s: 2,29 — 1[-|-1,29 кг Р>0,
142
2-31
Дал^е, для перевода Ра05 в шлак расходуется на 1 кг
4-56
2-31
3,61,
причем получается (СаО)^РаО5
-т““ =• 5,90 Зт61 4^ 2,29 КЗ, Л
При сложных металлургических вычислениях значительно быстрее приходят к цели, ведя расчет не по весовым отношениям, а по молекулярным объемам (метод Le Chatelier).
По первой реакции 2 атома Р (2 кг/атома= 2.31 кг), соеди* няясь с 2,5 молекулами (2,5 лгг/мол. = 2,5 *32 кг) 02, дают одну молекулу (L кг/мол.^142 кг) Р205-
По второй—1 кг/мол. Р2О5, соединяясь с 4 кг/мол. (4.56 кг) СаО дает 1 ка/мол. (366 кг) (Саб)4-РгОь
Следовательно, 1 кг/атом р, соединяясь с 1,25 кг/мол. Оа дает 0,5 яг/мол, Р.,05, каковые, переходя в шлак, соединяются с 2 кг/мол. СаО и дают 0,5 кг/мол. (СаО)гР2Ой.
Если согласно предыдущим расчетам взять 1 кг Р, то ему будет соответствовать:
X- —0,032 кг/атома Р.
На это количество фосфора потребуется 02:
0,032-1,25 = 0,04 кг/МОЛ. (ото весу—0,04-32 = 1,28 кг); получится Рг05:
0,032-05 = 0,016 «г/мол. (ПО весу- 0,016-142 = 2,27 кг).
При ошлаковании Р2О5 потребуется СаО:
0,032-2=0,064 кг/мол. (расчет по Р)
ила:
0,016-4 = 0,064 кг/мол, (расчет по РаО5);
по весу требуется СаО
0,64-56 = 3,58 кг,
Получится в шлаке (CaO)j.P2O8;
0,032-0,5 = 0,016 жг/мол. (расчет по Р) или:
0,016-1=0,016 кг/мол. (расчет по Р3О5);
поверка по весу дает:
0,016 366 = 5,86 кг.
Разница в сотых долях килограмма в обоих расчетах (5,9 и 5,В6 кг) для практики существенного значения не имеет.
Если в реакциях фигурируют газы, то, согласно закону Аво-гадро-Жерара (в равных объемах гааов при одинаковых давлении и температуре находится одинаковое число молекул), по числу
молекул газов в реакции мы можем судить и об относительной величине объемов их-
Так при горении С по реакции:
С + О2= СО2
на 1 мол. О2 приходится 1 мол. СО2, следовательно, на 1 объем О2 получается такой же объ м СО2,
По реакции:
2С + О.~2СО
на 1 мол. 02 (на один объем) получается 2 мол. СО (два таких же объема).
По реакции:
Н2 -|- 0тб02 = НаО (пар)
из 1,5 объемов Н2 и О2 получается 1 объем пара.
Из приведенных трех реакций в первой объемы в правой и левой части не изменяются, во второй — объем полученных продуктов больше заданных( в третьей, наоборот, меньше.
Горение СН4 протекает по реакции:
СЩ + 2ОЭ = СОз + 2Н2О (пар), т. е. объем не меняется.
Согласно закону Авогацро-Жерара 1 да/мол. любого газа (еле* довательно 32 кг 0.2i ^4 кг CU2i 2 кг Н2, 28 кг СО или Na и т. д.) имеет один и тот же объем — 2?,4 лг при О°С и 760 •
Отсюда легко определить вес 1 каждого газа: для Оя он равен
32 -----~ j 43
22,4 ““ ’
Наоборот, чтобы по весу какого-либо газа определить его объем, надо данный вес разделить на вес молекулы этого газа и частное помножить на 22,4.
Например 7о кг СО имеют (при 0° и 760 aim давления) объем:
29 4
70-——'— = 65
28
Воздух для горения.
При металлургических процессах для горения служит не кислород, а воздух, состоящий главным образом из N2, О2, влаги и незначительного количества других газов (СОЙ, аргона и пр.). t
Если последние совсем не брать в расчет, то сухой воздух обычно принимают такого состава по объему:
70
^-79%; 0,-21%; М2/Оя=^- = 3,782.
Влага воздуха играет заметную роль в металлургических процессах (ввиду этого иногда практикуется даже осушение воздуха), а поэтом у при более точных подсчетах ее следует также принимать во внимание.
8
Для определения количества влаги необходимо знать температуру воздуха п степень его влажности (водяные пары в воздухе почти всегда бывают в ненасыщенном состоянии).
Степень влажности определяется ко гигрометру или психрометру.
Для производства расчетов с влагой воздуха или газа (например в процессах осушения генераторного газа, определения наи-низшей допускаемой температуры колошникового газа доменной печи и п|।) ниже приводится таблица, числами которой и следует руководствоваться. ’
При пользовании этой таблицей необходимо иметь в виду, что числа ее выражают собой равновесия системы, состоящей изводы и пара, насыщающего пространство над ней (например воздух), т, е. системы однакомподептной и двухфазной, а следовательно моновариаптной. Определенной температуре воздуха и Jоды соответствует определенное, указанное в таблице, давление пара, насыщающего воздух, и наоборот.
йто давление совершенно не зависит от барометрического давления, т. е. при определенной температуре всей системы, но при разных показаниях барометра, 1 .к3 во духа будет содержать одно и то же количество влаги, указанное в таблице под рубрикой „Удельный вес".
Пар, не насыщающий воздух, как и всякий другой газ, подчиняется законам Б ^иль-Мариотта и Гей-Люссака.
Числа в табл. 1 даны только до t — -ф- 100°С, так как разве лишь в исключит явных случаях заводской практики приходится иметь дело с температурой воды, близкой к точке кипения.
Наоборот, чаще считаются с такими случаями, когда горячий газ (например генераторный), проходя по холодным (особенно зимой; трубам и соприкасаясь со стенками их, теряет часть своей влаги.
Количество влаги, определяемое в газе, относится обычно к 1 .и3 сухого газа при о°С и Т60 лм; необходимо поэтому уметь находить, пользуясь именно э г^й ве личиной, ха растеризующей степень влажности гаэл, температуру начала конденсации влаги газа (точку росы).
Конденсация будет очевидно происходить при остывании газа у поверхности трубы.
Пример 1. Определить точку росы для генераторных газов, расчет которых бхдет приведен нпж-:
1) каменноугольного с 45 г влаги на 1 л;8 сухого газа и
2) дровяного — с 285 г.
11g табл. 1 определенной температуре влажно-’о газа соответствуют: сире ле ле иное давление \р яа/сл*1 2) и определенное содержание (а -кй/лС) водяных паров.
Переходя от веса к объему, имеем, что при температуре FC— а кг, влаг“ Займут пбтдм:
а-22,4 (1ф-а£) . Л---- J
18
1 Таблица составлена но Шюле: •О-деови техяичвакФЙ »ермодняамп»я\
Иядательст? ' Одесского политехнического институты, 1926 г.
9
Таблица 1.
Насыщенный пар при (° ат — 20я С до 100* С
PC Давление (г** Т я оэи Дадде вве j Удельный вес (а в 1 л1)
-КМ рт- ст. рт. СТ. 1
—20 0,960 0.0013 1,00 21 18,65 0,0254 18,3
—19 1,044 0,0014 1,09 22 19,8 0,0270 19,4
— 18 1,135 0.0015 1J8 23 21,1 0,0287 20,6
—17 1,238 0,0017 1,28 24 22,4 0,0305 21,8
-16 1,333 0,0018 1.38 25 23,8 0,0324 23,0
— 15 1,461 0,00^0 ],50 26 25,2 0,0343 24,4
—14 1,573 0.0021 1.63 27 26,7 0,0363 25,8
— 13 1,705 О,СХВЗ 1,76 28 2М5 0,0i(86 27,2
—12 1,846 0,1X25 1,90 20 30,05 0,0108 28,7
—11 1,997 0,0027 2,и6 30 31,8 0,0432 30,4
—10 2,159 0,01)29 2,22 31 33,7 0,04^8 31.2
— 9 1 2,3^5 0,0032 2,39 32 35,7 0,0486 33,8
— 8 2,521 0,0034 2,58 33 3?,7 0,0513 35,7
_ 7 2,722 0,00 .7 2,78 34 39,9 0,0548 37,6
— 6 2,937 0,004 3,01 35 42.2 0,0573 39,6
— 5 3,167 , 0.0043 3,26 36 44,6 0/J6U6 41,8
— 4 3.4J 3 0,0047 3.55 37 47,1 0,0641 44,0
— 3 3,677 0,005 3,82 38 49,7 0,0676 46,3
- 2 3,958 OL054 4,10 39 52.5 0.0715 48,8
— 1 4,258 О’,ОО53 4,40 40 55,3 0.0752 51,2
0 4,579 0,U062 4,74 41 58,4 0,07 у 5 53,8
1 4,921 ' 0,0067 5,05 42 61,5 0,0836 56,5
2 5,286 0,0072 5,41 43 6118 0.0832 59.5
3 5 675 0,0077 5л 1 44 68,3 0,09jO 62,5
4 6,088 O.OJ38 6,21 45 71.9 1,0978 65,5
5 6,520 0,0089 6.67 46 75.7 0,103 68,5
6 6,997 0.0095 7,09 47 79,6 о, Юн 71,9
7 7,494 0,0102 7,58 48 83.7 0,114 75,8
8 0,023 0,0Ю9 8,13 49 88,05 0,120 79,4
9 8,584 0,0117 8,6 50 92,5 0,126 83,2
10 9,21 0,0125 9,40 55 117,8 0,1602 104,37
11 9,84 0,0134 10,03 60 149,2 0.20j8 130,26
12 10,52 0,0143 !О,67 65 187,3 0.2547 iei,2s
13 11,23 0,0153 11,38 70 233,6 0,3175 198,2
14 11,99 0-0168 Г<ио 75 289.0 0,9329 242,5
15 12,79 0,0174 12,83 80 355.1 0,4027 293,6
16 13,64 0,0186 ] 3, (6 85 433.6 0,5893 352,7
17 14,5 0,0197 14,49 90 525,0 0,7148 421,9
18 15.5 0,0211 15,36 95 634,0 0,8619 503,0
19 16,5 0,0224 16,29 100 760,0 lfO333 597,4
20 17,5 0,0238 17,3
следовательно, на долю сухого газа при той же температуре и пар циальном давлении (1,0333 — р) кг/см9 приходится:
a-22,4(i-bxi) _ J8—0-22,4(1-j-в ()
18 18
Л4В.
При 0°0 и 760 им* давления имеем:
[18 — а22,4 (1 -НО] (1,0333 18-1,0333-(Н- a. 1}~
—,иа сухого газа,
ш
(1)
На 1 м* такого газа приходится паров воды:
18,цозяч-о ri +
[18-й'22 4(1 + а 01 (1з^333—JP)
Это выражение и может служить для определения точки росы генераторного газа.
Приравнивая выражение (1) содержанию влаги на 1 м? сухого газа (0°,760 мм), нутом подбора определяют величину £ и соответствующие ей а и р.
Решая задачу для каменноугольного генератора при £—30°С, имеем величину выражения (I):
18 • 1.0333 > 0,03 * 1,11
(18- 0,03 - 22, Г-1 ,Т1)“ 0,9Й7Г °'03G кг'
При t = 37°G — 0,957 т
Температура, при которой пар, насыщающий влажный газ, доходит до величины 0,045 кг на 1 сухого газа, лежит где-то между 30 и 37°С.
Действительно, при 33° имеем:
18 * 1 0333*0 036* 1 12 Л _ -------------------- = 045
(18—0,036 -22,4* 1,12) -0,982
т. е. данный каменноугольный газ тогда лишь начнет конденсировать свою влагу, когда стенки газопровода изнутри будут охлаждены ниже ЗЗЧЛ что при газе, нагретом свыше 500°С и при коротких сравнительно газопроводах не может очевидно иметь места.
В каменноугольных генераторах с конденсационной водой обычно считаться не приходится.
Иное дело с генераторами, идущими на дровах.
Данньй газ с 0,285 кг влаги на 1 jp сухого газа (0°,760 мм) нагрет в начале газопровода до 239°С,1
При £ = ьо°С выражение (1) дает:
18-1.0333 0,13*1.21 (16-0,13- 22,4'1,21P7J3O5
При £ = 65°С оно дает величину:
18* 1ЮЗЗЗ-0Д61 1,24
— ---------—л. .----------- 0 Я* О ?.т?
(18—0,1 61 *22, ! 1,24)-О,77ь6 ’ -
Искомая температура лежит в середине, т. е. она равна 62,5° С, следовательно, конденсация паров воды в газопроводе будет происходить всегда (летом и зимою).
Пример 2. Подсчет колошникового доменного газа дал в нем содержание влаги 60 г на 1 м9 влажного газа. До какой температуры можно охлаждать колошник?
По табл. 1 точка росы будет близка к 43°С; это и будет минимальной температурой охлаждения колошникового газа, так как
= 0,243 кг.
1 Gm. ниже рэячат газа.
ниже этой температуры происходила бы конденсация паров воды у колош;-’пк?ч порча огнеупорной кладки, что в связи с другими отрицательным-! сторонами осаждения влаги нежелательно.
Обычно теперь стремятся понизить температуру колошника только до 100°, xoyh есть примеры хорошо работающие печей и с охлаждением га^а до 6ПСС.
Примет^ з. Пои 20°С по психрометру упругость атмосферного пара—12 мм, показание барометра — 7 ;2 .шь Определить процентный состав хиажшто виз чуха по объему и весу.
Пи табл, i при t — 2О?С упругость насыщенного пара = 17,5 jlk, следовательно, влажность воздуха (степень насыщения) равна:
2Д 1оо^б9%, .1 / |О
а уделъчый вес ненасыщенного пара равен:
10-Г.О173 ЛЛ11О , й
-- , - =0,0119 к<’<
17,0
где 0/173 кг на 1 .^—содержание влаги при 20°С в насыщенном пирами воздухе.
Объем 1 яг/\ол. паров воды пои 2О’С и 752 мм давления, как и всякого другого газа при этих условиях, равен:
22,4-760-293 о э
752 ”273 24’ 1'’
еле-овательно, на'/денн^е при 20° С и 760 мм давления количество водяных паров в 1 ..и3 влажного воздуха — 0,0119 кг, занимает объем;
0,0119-24,3
18
==0,0161
мя,
т. е. в 1 лИ чл^жчого воздуха имеется круглым числом 1,6% влаги. Кислорода в нем будет:
-10°= WX азота - 77,8%, воды - о,б%.
В горне доменной печи влага воздуха разлагается на На и О2; 1,6 объема па;>ов в .ды дают (см, реакцию горения На): 1,6 объема водорода и o,s объема кислорода.
Для дачного случая имеем элементарный состав воздуха:
С% . . , 20,6 4Р ° Л = 21.4 объема
Яп........., -—77,8
__ _- % % 1/____/
Вснго..........100,8 объемир.
или в процентах по объему:
О,,...........2!.‘2».о
N3.............Т7,2.
Я3..............1,6.
Вес 1 j.'1 сухого воздуха при 20°С и 762 « давления равен:
„„ 762—12 1’293—760 “
1,173 К3,
следовательно, вео 1 зг1 влажного воздуха при тех же условиях равен:
1,173 -L 0,0119= 1,1849 кг.
В сухом воздухе на 1 кг/мол. его приходится: 0,21 ^г/мол. Ог и 0,79 лг/мол, N2.
Исходя из веса 1 л*8 сухого воздуха в 1,293 кг имеем вес 1 кг/йол сухого воздуха:
1,293-22.4 = 28,96 кг,
откуда процентный состав сухого воздуха по весу:
о,
Oj1.*32 93 2°/ Ng 28,иб ’
При этом расчете принят молекулярный вес азота воздуха в 28,156 кг, так как, согласно работам Rayleigh и Leduc, 1 плотность азита воздуха, благодаря примеси к нему аргона, криптона, неона и ксенона, выше плотности азота химически чистого в отно-
шении
0,9720^ 07967 22 '
следовательно, вес 1 яя/мол. азота
воздуха с при-
меся ми (аргон и пр.) будет равен:
28.016-0,97206 м
0;В6722 -‘в>]56 кг'
Отсюда между прочим следует:
1) что вес 1 яя/мол. абсолютно сухого воздуха составляет:
0,21-32 + 0,79-28,156 = 28,9632 кг.
а вес 1 абсолютно сухого воздуха (без СОа):
28.9632
~W~ = 1’293 кг:
2) что наиболее правильным соотношением в сухом воздухе 02 и Na надо считать:
0,21; 0,79.
Из найденных выше 1,173 кг сухого воздуха приходится на долю:
О,. - - 1,178 "0,232 ™ 0272 кг
Na...............0,901 .
Состав в процентах по весу влажного воздуха:
°* ' ТГЙГ ' 100 = 32,9в%
Na...................... 76.04 .
Ня0.....................1,00,
’ X в о л ь е о и. т. I, стр. 350.
В увлавиях разложения ь о ди но го парл имеем »лем<штарщый в ««вой состав воздухе:
О,. . . 23,96 + | - 32.96-j-0,89 = 28,88%
Ns . , . 7в,№/(, 115 . . , 0,11 .
Если для поверки весовой состав воздуха перевести в объемный, то при Z=-20°C и 752 .ше имеем состав влажного воздуха в jts:
и паров воды попрежнему — 0,016 л3.
Следовательно, процентный состав влажного воздуха по объему равен:
О ____________0,207-100 ____
' 0,207 + 0,782 + 0,016 ' !а
N., . . . 77,8%
Н,0 . , . 1,6 „
т. е. состав совпадает с ранее вычисленным.
При менее точных расчетах влага воздуха во внимание не принимается, а объемный состав воздуха в круглых числах берется:
Оа . . . 20%
N„. . . 80 ,
•W г
Пример 4. У фурм доменной печи сгорает в час 30 ш кокса/* содержащего 80% нелетучего углерода. Определить необходимое для горения количество и состав воздуха^ если содержание влаги в нем 8 г на 1
Воздух взят при нормальных температуре и давлении: 0° С, 760 лмс.
Выще указывалось, что влага дается обычно на 1 л*3 влажного состояния его.
Найдем разницу в определении в том и в другом случае.
Как известно в горне доменной печи углерод горит по реакции
сцЛ- ой = со,
Т, е. на каждый атом углерода расходуется J/3 молекулы или атом кислорода.
Всего у фурм сгорает в час:
20000*0,8
12
«2000 кй/атомов
углерода и следовательно столько же потребуется яя/атомов кислорода.
Но так как в доменную печь поступает влажный воздух» то ; в числе втих 2000 яг/атомов будут заключаться и кислород сухого воздуха и кислород влаги.
Из реакции разложения влаги в горну:
НчО = На -f- 0,5 02
мы видим, что на одну молекулу влаги приходится 1 молекула водорода и % молекулы или 1 атом кислорода.
Если мы обозначим неизвестное нам количество кислорода из влаги через х кг/атомов, то ясно, что и влаги будет разложено в горну х тгз/мол., и водорода в результате разложения получитоя х кг/мол.
а) 1-й случай— 8 г влаги относятся к сухому воздуху.
Кислорода сухого воздуха будет вдуваться в доменную печь;
(2000—х) яг/атомов
или
2000 — а ----~-----яг/мол.
Соответственно сухого воздуха пойдет:
2000 —X
«<?/мол,
или
(2000 — 22,4
— I ————
2-0,21
Он будет содержать влаги:
(2000—ж)-22,4-8 2-0,21-1000
ИЛИ
(2000 —ж)-22,4-8 2•0,21 • 1000-18
кгЛчол.,
что и составит х кг/мол. влаги, содержащейся во всем сухо’м воздухе, поступающем в горн печи.
Величина х определится из уравнения;
;$!. (2000 —ж)-22,4-8
2 - 0,21-"'1000 “18”” = Х’
откуда
1934,8 J'- - 89600 И 46,31 «2/аТОМОВ
кислорода или столько же ?гг/мол. II -.0 и Щ.
Следовательно кислорода одного сухого воздуха поступает в пачь
2000 — 46,31 =я 1953,69 ЖЗ/ЯТОМОВ,
или
1953,69 -------== 97^,845 ка/МОЛ.
Амта сухого воздуха вдувалось с кислородом: 976,845-3,762 = 3674,89 кг/мол.
Всего влажного воздуха поступило:
976,85 + 3674,89 + 46,31 = 4698,'-5 яг/MOJL,
что составляет
1698,05 22,4 = 105 236,32 В час.
Т'-
Обычно подача воздуха измеряется в 1 минуту; в данном сл^ чае имеем минутный расход воздуха: '
105 236,32
60
= 1752,
9 ЛГ.
Состав влажного воздуха:
Оз
, . ioo-=
4 98 05
N. . . 78^0
Н^б . . - 1 ,
20р%
Ь;
б) Если влага дается на 1 влажного воздуха, то по преды дущему имеем:
2000 — ic сухого воздуха - п -. - ^/яол.,
& 1 V|Z J.
а влажного
2000 — х 2-0,23
2000 — 0 53
--------!--- А^/МОЛ
Величина х определится из уравнения:
(2000 — 0,58 я)-22.4-8 tT-0,21 ДООО-18 ”
откуда
1915,98 ж = 89 600 и £ = 46,76.
Кислорода одного сухого воздуха поступает: 2000 — 46,76 = 1953,21 га/атОМОВ ИЛИ 976,62 га/МОЛ.
Азота с кислородом вдувается:
976,62-3,762 = 3674,04 №/МОл.
Всего влажного воздуха идет:
46,76+ 976,62 + 3674,04 = 4697,42 ^/мол,,
что составит
4697;42- 22,4= 105 222,21 Л3 В Час
ИЛИ
105 222,21
60
“ 1753,7 л5 В МИНуту.
Состав влажного воздуха:
. »>• • SS-ioo=a^»
N, . - 78,S% И,0 . . . 1 .
Разница в обоих расчетах очень незначительная й составляем П1Ь
1753,9 — 1753 7
1753,7" "
100 = 0,01%
* минутного количества воздуха.
Вот почему при расчетах воздуха для доменной печи влагу жно относить к сухому или влажному воздуху, не делал при )М существенной ошибки.
Пример 5. Определить для предыдущего примера (случай а) jcthb газа у фурм по окончании реакции горения:
2С + 0. — 2С0. Г •"
Согласно написанной реакции мы получаем на каждую молекулу кислорода две молекулы окиси углерода. Азот и получающийся при разложении влаги водород остаются у фурм неизменными.
В газе заключается:
СО . . , 070,845 -2 ~195-1,69 кз/мол.,
ГЦ...................3674,89
Н:............- , . 4i3j31
а всего:
1953,69 4» 3674,89-|- 46,31 =5674,89 кг!МОЛ.,
или в процентах по объему:
Na....G4,8%
1?з । * ь Oj 8 >
Пример 6. Сколько требуется воздуха для сжигания 1 кг углерода в СО или С(Х, если имеется в распоряжении воздух: а) абсолютно сухой, б) содержащий 1% влаги?
а) При горении по реакции:
1 С4~О,5О2=СО
необходимо израсходовать для сжигания 1 га/атома углерода (12 кг) 0,5 1Р2/М0Л. 0Е и 0.5-3,762 кг/мол. КТ2,
а всего сухого воздуха:
0,5 -4 0,5 3,762 = 0,5 '4,762 кт;мол.
На 1 кг Углерода пойдет сухого воздуха
0,5.4,762.22,4
Если горение идет до конца, т. е. по реакции
с+о. = со2|
то очевидно, что для сжигания того же количества углерода потребуется кислорода, а, следовательно, и воздуха вдвое больше, т.-е.
б) Воздух с i% влаги содержит:
НЙО = 1%, N. ; 0^09%
или, зная, что 02iN3 = 2i;79 и что 1 мол. влаги при диссоциировании дает 1 мол. водорода н 0,5 мод. кислорода, имеем элементарный состав воздуха по разложении влаги:
Оз. . . ЦЯ 99’ 0,2 L = 21,3 об'м^л,
К . . . . , 9У-О.79 = 7Ь.2 IE......................1,0
Всего .... 100,5 объемов или в процентах ио объему:
03_9 1л2°/о> Ms — ^jSVtb Нд — 1%.
Очевидно, что при сгорании С в СО мы имеем расход воздуха с 1% влаги:
При полном горении С в С02 расход воздуха будет двойной — 8,80 Jp-
Для случая содержания влаги в воздухе больше 1% расход влажного воздуха будет еще ниже: 4,4 на 1 кг углерода, что зависит от того! что в сухом воздухе кислород составляет по объему примерно часть его, тогда как в диссоциированной вла1« — Vs часть полученных газов.
Обогащение воздуха кислородом.
В металлургических процессах все большее и большее внимание обращается теперь на работу с воздухом, обогащенным кислородом.
Выгода такого обогащения очевидна; не говоря о других преимуществах работы с обогащенным воздухом, достаточно сказать, что одно уменьшение балластной составной части воздуха—азота в продуктах горения — способствует, как увидим далее, меньшей потере тепла с дымом в трубу и значительному повышению температуры в рабочем пространстве печи.
Необходимо поэтому уметь рассчитывать по заданному (желаемому) составу смеси воздуха с кислородом количество последнего, которое надо добавить к воздуху, чтобы получить эту смесь.
Возьмем из третьего примера элементарный состав воздуха по объему, который получается в горне доменной печи:
02 . .......2J,2%
...........77,
Hj.............. w
и предположим, что мы задались целью обогатить этот воздух кислородом до содержания его в 25®/о.
Тогда на долю + остается 75% и при отношении
имеем в 75%
7^ ' 70207“ = И3 . . . 1,52%-
Если условия работы в горне остаются прежние, т. е. у фурм сжигается прежнее количество углерода, то кислород обогащенного дутья будет пропорционален количеству воздуха до обогащения, а азот обогащенного дутья —количеству воздуха вдуваемого при обогащении, следовательно при обогащении воздуха вдувается :
73Д8Д100 25-100| =
77,2 21,2
того количества, какое вдувалось до обогащения, т. е. только 80,7%.
В обогащенном воздухе кислорода только влажного воздуха заключается:
73,48-21,2
77,2
= 20>2%,
следовательно, чистого кислорода добавлено:
25 — 20,2 = 4,8%,
считая от количества обогащенного воздуха элементарного состава. От элементарного состава влажного воздуха получим ту же
бавку:
ДО-
4 8 ---------- - 100 = 5,04%. 100 — 4,8-°
Считая от влажного воздуха, имеем для нее величину:
_ ____ М-ЮО 5,8-100
/ 1/2\ . , 92 92 4-1,52
[20,2-----1 % 73,48-|-1,52 1 ’
Если наконец считать только от сухого воздуха, то имеем .бавку кислорода:
до-
4,8-100 к 1?7П.
92,92 —°'17 О'
Расчеты горения газа и каменного угля.
Ввиду значительного упрощения ведения расчетов не по весовым отношениям, а в молекулярных объемах как в отношении твердых веществ^ вступающих в реакцию, так в особенности при газообразных веществах — в дальнейшем все расчеты будут вестись главным образом в молекулярных объемах.
Переход к весовым количествам будет делаться только при сводке материального баланса,
Газ. Определить количество воздуха в м9, необходимое для сжигания 1 м9 доменного газа, состава:
соа. со . нэ-
сн*. . .
CjH, ... 0,2 .
Na . . . 66,2 .
. 23 ,
- 3 .
Найти также количество продуктов горения в л3 и объемный состав их.
Все вычисления воздуха и продуктов горения произведены п® реакциям полного горения каждой составной части газа, если взять в расчет объемные соотношения. Для сокращения и удобства результаты приведены в табл. 2.
Таблнцв 2.
Для горенпя пя и.'а дух а. Получается продуктов
Г( ) raaa и а ключа ет 'л требуется ль* горетгкя д’
1 оа Итога СОЭ нао Ns Итого
СО. —0.12 л ь • 1* ОД 20
СО — 0.28 ч Ч 0,140 0,28i> —
H3—0,03 * ’ И 0,015 ОД73 X 4 0,030 Из воздуха
СЩ- 0,006 0,0(2 0.006 0/42 0,692 VWm
С3Щ—0,002 - С,О!0 — 0JC4 0,001 -
N.> - 0,562 г 4 - — < — ОТ562
Итого Цоо лР 0,173 0/92 0/65 0,410 23,98 0016 1/54 1,710
В % по объему ц . , . 20 00 100 Й.С9 73,33 100
С избытком В % по объему ц . воздуха в 20% [ 0/076; O/3Q4 , . , 1 20! Ы1 1 038 100 0,410 21,77 0,04-3 2,44 1,3924 73/5 0,0346 1,84
100°/.
Например СЙН4 горит по реакции:
СИН4 —|— ЗО2 2C0g —J-- 2 HqO (пар),
т. е. на 1 объем С2Н4 требуется 3 объема Os и получается по 2 объема СОа и Н20.
Следовательно, на 0,002 л3 С3Н4 требуется 0,006 м* Оа и получается по 0,004 л3 С02 и ЩО, что мы и видим в соответствующей строке табл, 2,
Таким образом при горении 1 л3 доменного газа с теоретическим количеством воздуха последнего потребуется 0,865 л3, причем получается 1,71 продуктов горения.
При рассчитанном по реакциям горения теоретическом количестве воздуха, горение не идет в действительности до конца.
Практически, для бблыпей полноты горения газа берется сверх теоретического количества еще запас воздуха от 15 до 25%, в зависимости от полноты смешивания газа и воздуха до горения и степени предварительного нагрева их до смешивания.
Если его взять в 20%, то в таком случае воздуха всего потребуется: 4
0,865 1,2 = 1,038 Jt3,
В продуктах горения останутся те же количества С02 — 0,410 Jf3, На0т—0,046
I
ио N2 увеличится до:
0,692 >1,2 +0,562 = 1,3924 jt»
и появится свободный кислород в количестве:
0,173*0,2 ™ 0,0346
Всего продуктов горения будет:
0,410 + 0,046 + 1,3924 + 0,0346 — 1,883 ле,
Объемный состав дыма
со3
в этом случае:
' г 1,883 f'
На0, . . 2,44%
Nn . . . 73г95 „ 0а , , . 1,84 и
72% N. ...........1,4 %
6% S..............1,92%
8% Зола...........5.28%
5,4%
Каменный уголь. Состав <
С............
Н3...........
%............
П30..........
Определить теоретическое количество воздуха, необходимое для горения этого угля, а также количество и состав продуктов горения.
В табл. 3 в вертикальной колонке 2 составные части угля даны в частях кг, в колонке 3 сделан пересчет в гсг/мол. (кг/ат,), в ко* лонке 4 приведена поправка по Dnlong’y, который считает, что кислород в угле находится в соединении с водородом в виде воды и следовательно при горении принимает участие только часть водорода угля, равная:
0,03—0,0025'2 0,025 кз/мол.
Всего по колонке 4 воды в угле будет:
0,003 + 0,0025'2=0,008 «гг/мол.
Сера в каменном угле находится главным образом в виде FeSa; для простоты расчета мы и примем в этом соединении всю серу в угле.
При горении PeS2 окисляется по реакции:
FeSa + 2,5Os = 2SOa + FeO.
причем на атом S (ка/атом) ^приходится:
. 2.5
-5- = 1,25 кг/мол. <+
Расчет объемного и весового количества воздуха, необходимого 'при горении, а также продуктов горения (по реакциям горения) приведен в колонках 5—19.
Числа 9’ГО горизонтального ряда получены из чисел 8-го ряда умножением их на 22,4. 1 *
1 22Д .л*3 —’ объем 1 кг/мол. газа при ОИС п 760 .жм давления. Паров воды
в насыщенном состоянии прп этих условиях может быть только 0,6% по объему
влажного газа, поэтому число для На0—ряды 9 и 12 — 0,7902 и содержание влаги в % (8,5 и 5,79%) — величины условные.
Таблица 3,
Задано при горении в топку
Каменного угля Воздух» Всего задано грн-гор вина
Состав A'Z кг молг (к?/ит) Поправка по Du-long'y оа 4
N, Итого
кг/мол- «г К2/МОЛ, кг кг/мол. кг
1 2 3 ! 4 5 6 7 6 9 10 11
1 2 3 4 & 6 7 А 1 с Нэ 0. it Н,0 N3 8 Золы 0,72 . 0,06 0,08 0,054 0,014 0,0192 0,0528 0,72/12=0,06 ка/ат. 0,06/2=0,03 кг/мол. 0,08/32=0,0025 , 0,054/18=0,003 . 0,014/28=0,0005 . 0,0192/32=0,0006 „ Р I 0,06 0,025 0,008 0,0005 0,0006 0,06 0,0125 0,00075 — i 0,07325 Х_32 *2,344 Р I 0,07325 X 4 остХ О 1 1 1 1 1 £ь ' tSJ QQ 00 г 0,07325 I 0 29300 0,36625 2,344 + 8,204 10,548 Л р " ] 1
1 1 life со
8 Итого
«2/МОЛ- 0,07325 —f 0,253 0,36625 Jh р |
9 Л€3 1,6408 6,5632 8,204 4
10 Объем 20% Р I 80% 100%
11 кг 1,0000 — — 2,344 г 8,204 10,548 11,548
F • с 50% из бытка ВОЗДУЗ( L Ь
12 м3 Р I 1 2,4612 1 9,8448 ... —~ 12,306* _
13 Объем 20% Р I 8О°/о 100%
г 1 i [ i 1 1 1 р 1 1 ь 1 1 1
99
Л
<
V
Получено
о р е н и л
Продуктов
СО. - На0 80э Зол
кг/мод. кг ка/молг Л? । кг кг
1 12 13 14 15 16 17 18 19 20
С воздух 0,2935 0,08 0,06 — 0,025
0,293 X 28 X 44 » 1
8,218 .. 2,64
0,008
0,0005
0,033
< _18i 0,594
0,0006
;Х 64
10,0384
Ю,0006
0,2935 v_—«ъ 0,00 0,033 — 0,0906
6,5744 1 1,344 • 1 0,7392 0,01344
75,8% 1 555г>/о 1 м 0,2%
1 1 i 8,218 i । м 2.64 ! 1 1 1 1 1 1 1 1 0,594 1 1 “ 1 1
9,85s1 i 1,3U 1 1 ь 0,7392 i и ; 1 5 г I ь 1 Г * i i 0,01344
7 7,16% ] : 1 10,5 2% 5,79% о,и% 1
0,0384
1 9,856 = (0,2934,5 4-0,0005)-22,4 0,44-22,4.
1
0,0528
0,0570
0,8201
6,42%
Итого
с Fe золы 03 0,0 5 кг/мол. на ке/ат. S 0,0006 X 0,025 X X 82 — 0,0048
тс г/ио л- м 1 1
21 22
—
Р I
0,3871 «I
3,67104
100%
— 11,548
12,7730J
100%
23
По условию задачи достаточно было определить две величины:
1) объемное количество воздуха—8,204 ж3 (вертикальная колонка 8) и 2) объемное количество продуктов горения — 8,67 лз (вертикальная колонка 21).
Остальные числа горизонтального ряда 9 не было нужды находить даже для определения процентного состава продуктов горения по объему, так как он находится по молекулярному составу газа (8-й горизонтальный ряд).
При определении количества золы (колонка 20) принято во внимание то весовое количество кислорода, которое, поступая из воздуха, переходит в золу вместе с железом угля. Так как содержание Fe в анализе угля не указано, то расчет кислорода, соединенного с ним в FeO, ведется по S угля. В вышеприведенной реакции горения FeS2 на каждые 2 атома S соединяется с Ге в FeO, переходящую в шлак, один атом кислорода, следовательно, на каждый яге/атом В в шлак переходит:
0,5 л-г/атома или 0,25 кг/мол. 02,
а на 0,0006 кг/мол. S;
0,0006-0,25 кг^мол, ИЛИ 0,0006-0,25-32 = 0,0048 кг О.,.
В 11-м горизонтальном ряду приведен баланс весовых количеств; для сжигания 1 кг угля потребовалось 10,548 кг воздуха, а всего израсходовано материала —11,548 кэ.
Столько же получено газообразных продуктов горения и золы.
Вес газообразных продуктов горения:
11,548 —0,0576 = 11,4904 кг,
следовательно, вес 1 дыма:
11,4904
8,671
= 1',325 кг,
т. е. дым тяжелее сухого воздуха, 1
; Обычно вес продуктов горения колеблется в довольно тесных пределах 1,3—1,36 кг/ж3, и только при бблыием количестве паров воды продукты горения легче сухого воздуха.
Теоретического количества воздуха недостаточно для полного горения угля; обычно приходится давать 50%, а иногда и значительно выше избытка против теоретического,
- В горизонтальных рядах 12 и 13 приведен расчет продуктов горения с полуторным против теоретического количеством воздуха.
Определение избыточного (сверх теоретического количества) воздуха по’ анализу дыма.
Содержание N3 и О» в продуктах горения всякого рода топлива, содержащего очень небольшое количество азота в самом топливе, дает возможность определить, во сколько раз израсходовано больше воздуха в действительности против теоретического расчета.
1 В действительности дым при О"С и 760мм, имея паров роды не более 0,9% по объему, будет еще тяжелее сухого воздуха.
Обозначив это отношение через п очевидно имеем:
N3 Ns-Oa-g
так как все количество N3 в дыме пропорционально полному расходу воздуха, a N« — О3-79/21 дает азот теоретического количества воздуха.
Выражение:
щ~(п — 1)-100
дает избыток воздуха в процентах от теоретического, следовательно:
гп
0-г-г'ЮО
(1)
Подставив в эту формулу числа для N2 и 02 из 13-го ряда / 79 80\
таби. 3, получим I вместо — принято — \;
что в действительности и взято.
Точного совпадения нет, так как в общее содержание Na дыма входит и N2 угля-
Сделав пересчет состава газа в 13-м ряду табл. 3} включив N2 угля, получим более точную цифру: ni = 50t02°/fl.
Для газообразного топлива, содержащего значительные количества N3J каковыми являются газы: доменный, генераторный и др,, при определении величины необходимо кроме N3 и 02 в дыме знать еще содержание азота в* газе (Na газ) и объемное отношение (ш) продуктов горения (при любом расходе воздуха) к израсходованному для получения их газу.
Вышеприведенная формула (1) примет тогда такой вид:
(2)
Подставляя в иого газа с 20%
эту формулу числа из примера излишка воздуха пмеем (вместо
горения домен-79 80
- принято -
«1 =----------
7&,95 —
7,36-180
36,74
= 20,08%.
Необходимо сказать, что при объемном анализе газа пары воды, а также SO, не определяются, и пересчет анализа продуктов горения доменного газа с избытком воздуха в 2о%, за вычетом воды, 26
показывает, что с прибором Орса-Фишер мы могли бы получить дым такого состава:
СОа... 22,32%
Na 75,80 „
О..... 1,88 ,
Затем, для определения величины m нет нужды проделывать все расчеты, указанные в табл.-2; т легко и быстро определяем, зная анализ газа и продуктов горения, по следующим соображениям.
Одна кг/мол. всякого газа имеет объем 22,4 следовательно на 12 кг углерода таких газов, как СОа, СО и СЯ^, приходится 22,4 ж3 и 1-му л»3 этих газов соответствует содержание в них:
12/22,4 кг С;
для СдН4 на 1 ,-и3 газа приходится
2.12/22,4 кг С.
В 1 взятого выше доменного газа заключается С:
+ ' (°»12 + °-28 + °’006 + 2 ' °-002) = -°>41 кг-
Весь углерод газа переходит в дым; считая последнего на 1 лР газа ж имеем содержание углерода в дыме:
12
ж '0,2232—
Из уравнения:
+ "0,41 = Яг-0,2232.-Д
ИЛИ
0,2232-ж = 0,41, определяем:
0,41 О,4Ы0О 12-L-28^0,6-[-0,2.2
0,2232 0,2232-100 22,32 '
Общий вид формулы для определения т:
СО.™3 %-]-СО™3 %4-СН/аа % + 2С2Нгаз ° т~ ’CO/“Ma % + СО3^11
(3)
т. е. ж есть частное суммы объемов составных частей газа, полученных по анализу и содержащих С (объем газов с двумя атомами С удваивается и т. д,), к сумме тех же газов, входящих в состав дыма (СО при неполном горении). 1
Подставляя в формулу (2) соответствующие величины для определения имеем:
1,88'4-100
7,52'100
37,69
= 19,95 9*20%.
1 Часть С может быть в виде сажи или дыма. 26
Бакинский натуральный газ, состава:
СН,...................83Д4%
Син<................... 1,56%
СО3................... 5 %
не..................Ю %
требует при горении на 1 л3 газа: 1,7656 Jta 02, с ним 6,642 Jc*Na,1 а, следовательно 8,4076 ж3 воздуха; при этом получается продуктов горения:
СОЕ........0,9156 ( Э,78°/о)
Н.о........1,8 . (19,24%)
%......... 6,642 в (70,98%)
Ие считая Н2О, имеем состав по объему:
СО2— 12?12%, N3— 87,88%.
С 50% избытка воздуха состав дыма (без И2О) будет:
СОЕ........0,456 Л4а ( 7,79°/0)
N2........9,968 . (84,7 %)
О3 ....... 0,8828 > ( 7,51%)
Определение избытка воздуха по формуле (2), как более общей дает величину:
г. 79
7,ol— 400
ni — — 50,04%.
84,7—7,51 Л*-
Т силовые расчеты.
Закон сохранения энергии.
Химические реакции выражают закон сохранения энергии.
Всякая полностью написанная химическая реакция выражает собою не только закон сохранения материи, но и закон сохранения энергии.
Так реакцию
2Р%2,50з —РаОб% 362 000 кал.,
при которой выделяется означенное количество больших калорий на каждую кг/мол, Р2Ой, необходимо понимать в таком смысле: химической энергии, присущей 2 га/ат. Р и 2,5 гсг/мол, Оэ, при соединении их по написанной реакции не только хватает на покрытие химической энергии, присущей образующейся 1 яз/мол. Ра0б, но часть ее остается свободной, превращаясь в другой вид энергии — тепловой.
Если реакция будет итти обратно (диссоциация Ра05, на 2Р и 2,50э), то к химической энергии РаОд необходимо добавить тепловой энергии в количестве £62 000 кал. на каждую к?г/мол. Р20йг,
* При расчете по соотношению I 1^ а ч
27
чтобы получить 2 ям/атома Р и 2,5 кг/мол, Оа со свойственными им в свободном состоянии количествами химической энергии,
У казанное количество тепла относится к 1 кг мол, Р2О&, к 2 я?/ато-мам Р и к 2,5 кг/мол. Оа, следовательно, на 1 дег/атом Р приходится:
362 000
2
— 181 000 кал;
на 1 кг/мол, 0<
362 000
” 2^5
= 144 800 кал.
При весовых расчетах нетрудно определить по каждой реакции количества выделяющегося тепла на 1 кг вступающих в реакцию или получающихся веществ-
Так, по приведенной реакции на 1 кг Р выделяется;
362 000 2-31
= 5838,7
кал-,
на 1 кг О2:
на 1 кг РоО '
362 000
—~- = 4&2а кал. 2,5-32
362000
142
= 2549,3 кал.
Данные, подобные указанным, в отношении других реакций, имеющих значение в области металлургии, приведены в труде пр оф. М- А. Павлова, 1
Реакцию образования СаН4 необходимо написать так:
Са 4- 2На = С2Н4 — 9080 кал.,
т, е. при образовании этилена тепло поглощается в количестве 9080 кал- на 1 «г/мол, СаН4 и следовательно при сгорании 1 кг/мол. СаН4 по реакции:
СаН4 + ЗО2 = 2СОа 4- 2НеО
необходимо (по таблицам проф. М. А. Павлова) к теплу образования 2 «г/мол- СОа и 2 wa/мол- Н2О (пар):
2-97660 4-2-67810 = 310920 кал.
добавить еще 9080 кал.—тепло, выделяющееся при диссоциации СЭН4 на Са и 2На, прежде чем последние будут сожжены.
Следовательно, общее количество тепла, выделяемое реакцией:
310 920 4- 9080 » 320 000 кал.
Это количество тепла относится к 1 жа/мол. сжигаемого СаН4 или к з яа/мол. необходимого при сжигании кислорода, а также 'К 2 кя/мол. получаемых продуктов: СОа или И/).
1 Проф, М, Аг Павлов, Ф я вив о" химические данные для ведения металлургических расчетов,
28
Вычисление теплотворной способности;
Легко подсчитать тепло по отношению к 1 кг или 1 м* вступающих в реакцию соединений (СаН< и 02) или получающихся продуктов .
Очевидно, что 1 м? С2Н< при сгорании выделит тепла:
320 000
- =14285,7 кал, 22,4
каковая величина и будет теплотворной способностью С2Н4.
Подобным образом найдем, что при сгорании 1 яа/мол. СН4 выделится 192 400 кал., а при сгорании 1 м3 СН< (теплотворная способность СН4) —8589,3 кал.
Пользуясь таблицами проф. М, А. Павлова, нетрудно вычислить теплотворную способность любого газа, зная его объемный состав,
Так теплотворная способность доменного газа приведенного выше анализа будет:
0,28'68 200 . 0,03'52810 0,006 492 400 0,002-320 000 __
‘ 22,¥ ...22,4 22,4 “22,4 ~~
=₽0,28* 3045,5-;-0,03''2580,8^-0,006-8589,34-0,002-14285,7 = 1010,3 кал.
или при другом порядке вычислений:
-А-(0,28-68 220 4- 0,03 -57 810 4- 0,006 -192 400 4- 0,002-320 000) =
bVT (19 101*6 + 1734-3 + 1154>5 + 64°)= oVT22 63О.3 = 1010.3 кал.,
т. е. при расчете можно исходить или от 1 газа или от 1 кз/мол. его, деля в последнем случае сумму на 22,4.
Для определения теплотворной способности каменного угля приведенного выше состава необходимо определить количество тепла, выделяемое на 1 кг/атом S. Предположим, что вся она находится в соединении FeSj, горение которого идет по реакции:
FeSa + 2,5O2 = FeO + 2SO..
35 500 66 713 2-69 800.
Под реакцией написаны количества тепла, которые получаются при образовании соответствующих соединений.
На 1 я-г/атом S по реакции выделится тепла:
2-69800+66713—35500 „„ ,
—-----1—-——--------=85 406,5 кал.
При сгорании С, На и FeSa одного кг каменного угля выделится тепла:
0,06- 97 650 -{-0,025.57 810 + 0,0006-85 406,5 = 5895 + 1445,25 + + 51,24 = 7355,49 кал.
Но в каменном угле имеется вода (которая в продуктах горения всегда будет в виде пара) в количестве 0,008 л-г/молч на Испарение которой требуется:
0/308-10 550 1—84,4 кал., следовательно, теплотворная способность каменного угля 7355,49—84,4 = 7271,69 кал.
Теплоемкость
Так как обычно при металлургических процессах горение (окисление) протекает при атмосферном давлении, то при вычислении количеств тепла приходится иметь дело с теплоемкостью при постоянном давлении. Она изменяется с температурой, являясь ее функцией:
причем эта последняя в самом общем случае может быть изображена в таком виде:
(1)
Величину этой теплоемкости при определенной температуре (так называемой истинной теплоемкости), ввиду ее не-, прерывного изменения с температурой, опытом мы определить не можем,
Таким путем может быть определена условная величина так называемой средней теплоемкости между определенными температурами f и tf, так как под таковой теплоемкостью разумеют отношение тепла требующегося при нагреве тела с до t° (Q кал,) к разности температур 1°—f, т. е. тепло, необходимое для нагрева тепла на 1°,
Эта средняя теплоемкость (С!;) следовательно равна: ч
г*' — - О—
‘ tl—t’
(2)
В пределе, при бесконечно малой разнице между взятыми температурами (ей), которой соответствует бесконечно малая потребность в тепле для нагрева тела (dQ), средняя теплоемкость бесконечно мало отличается от истинной и, следовательно, пользуясь высшим анализом, мы можем написать:
Отсюда dQ — Cdt.
Обратно, для определения величины Q — количества тепла для нагрева тела между температурами f и — нам пришлось бы
’ С к рыт вл теплота испарения 1 яг/мол. (18 «£) воды при 18;С = 585 4-18 = 10 537 10 550 кал.
интегрировать последнее выражение в пределах от t до tls причем получим:
t1 t,
j (IQ ^ Q = j Cdt — f (a fit 4- ~b ) dt = t t t
IJ о
Подставив найденную величину Q в выражение (2), имеем для средней теплоемкости (С^1):
у =,-%=^+4^+о+ h*is+*i н-н (з) tr & и
При изменении пределов между 0 и t, согласно (3), имеем:
С>гф + (4)
w и
а сравнивая это выражение с (1) — истинной теплоемкостаю при С — мы видим, что. разница будет только в величине коэфициен-тов: для истинной теплоемкости они вдвое больше при t, втрое при t- и т. д.
Если обозначить эти коэфицпенты для средней теплоемкости через а, Ь, с . . ., то, в зависимости от вида функции, разница между величинами (7J,и Ct выразится следующим образом:
С* = a4-bt, С, = а ^ 21)1,
С'о == а 4 Ct. = а + 2Ы 4* 3 с £s,
С' = а -F Ы 4 ct2 4- <№, Ct = a2bt-\- Set* 4- idC и т. д.
Отбросив в выражении (3) все члены, начиная с третьего, получим приблизительную величину для (7'*:
+ (5)
Подставляя в последнем равенстве вместо (—0 и вместо — 4Ч~0. получим выражение для средней теплоемкости С*о1+‘
-А '4 . (6)
\
Сравнивая (5) и (6), имеем: ।
= (?)
Последняя формула служит для определения^ средней теплоемкости C‘t- по C^+l.
Теплоемкости для твердых, жидких и газообразных тел приведены в вышецитированном труде проф. М. А. Павлова; ими и нужно пользоваться при расчетах.
Для газообразных тел там даются формулы, по которым может быть вычислена молекулярная теплоемкость в зависимости от I.
MCl0 —молекулярная теплоемкость средняя в пределах температур о° и
МС( — истинная при F.
Чтобы перейти от молекулярной теплоемкости к теплоемкости весовой (на 1 кг), надо величину МС^ или MCt разделить на вес 1 кг/мол. газа, а при переходе к теплоемкости объемной (на 1 л<>) — разделить на 22,4.
Атомная теплоемкость (для С, Fe и пр.) обозначена буквой А.
В формуле Picr’a для теплоемкости НаОпа.г, (как впрочем и в формулах для других газообразных веществ) принята теплота нагрева тела от 0°; поэтому при расчетах количества тепла, необходимого для испарения воды, следует таковую величину брать при 0е:
для 1 кв воды — 594,8 кал.
„ 1 кг,'мол. ВОДЫ —594,8-18= 10 706 ~ 10 705 кал.
Температура горения.
При определении теплопроизводительной способности какого-либо топлива путем расчета предполагалось, что все горючие составные части топлива сгорают полностью (С в С02; Н3 в На0) с необходимым (теоретическим) количеством воздуха.
В действительных условиях сгорания этого в топках не происходит, а в продуктах горения часто обнаруживаются несгоревшие егце газы (СО, Н2) на ряду с избытком 02.
Такое неполное горение с теоретическим количеством воздуха имеет место при недостаточном смешивании сгораемого с воздухом, при крупных кусках сгораемого, а также при холодных или слабо подогретых сгораемом и воздухе.
Полезное действие топок в таких случаях заметно улучшается, когда количество воздуха увеличивается по сравнению с теоретическим.
С другой стороны, продукты неполного сгорания (СО, На) являются, по условиям равновесия реакций горения, неизбежными последствиями частичной диссоциации при высоких температурах С02 и Н20.
Если предположить, что сгорание топлива происходит полностью с теоретическим количеством воздуха и никаких потерь тепла в расчет не брать, то очевидно, что все получающееся тепло будет расходоваться на нагрев газообразных продуктов горения до определенной температуры ^ которая и носит название теоретической температуры горения, в действительности не наблюдаемой.
Приняв да(1 т2, и т. д. за количества продуктов горения, а Си Сз, Са и т. д. за" их соответственные теплоемкости, получим:
откуда определяется теоретическая температура горения t:
an
__________Q______
(1)
Так как 1еплоемкость изменяется с температурой й в общем виде определяется выражением:
= a-J- 4 t
то, подставляя значение ее в уравнение (1), можно получить для t такое уравнение высшей степени, которое трудно будет разрешить.
В действительности при определении теоретической темпера' туры горения пользуются тем, что условия сгорания и качества топлива дают возможность заранее определить приблизительно температуру горения.
Задаваясь двумя величинами для температуры горения и £2), выше и ниже искомой, берут по таблицам соответствующие теплоемкости продуктов и по ним определяют величины и (?2. выше и ниже Q, а затем, допуская, что в небольшом интервале температур (между и у теплоемкость изменяется линейно, т. е. прямо пропорционально температуре, искомую величину последней находят интерполяцией.
Очевидно, что с увеличением избытка воздуха для горения, вследствие увеличения знаменателя выражения (1), теоретическая температура горения уменьшается.
Если вводить в числитель к величине Q (теплотворная способность топлива) добавочное количество тепла QT (предварительный нагрев топлива или воздуха), то теоретическая температура наоборот увеличивается.
Определение теоретической температуры дает нам возможность сравнивать между собой разные виды топлива, в большинстве случаев требующие и разных условий для горения.
Определим теоретическую температуру горения доменного газа вышеприведенного состава (табл. 2) сначала в обычном воздухе, а затем в воздухе, обогащенном кислородом.
Обычный воздух* Примем его по составу таким же, какой был взят по табл. 2: 80% N2, 20% Оа.
Определенная выше теплопроизводительная способность Q = = 1010,3 кал.
Продукты горения с теоретическим количеством воздуха (табл. 2) состоят из;
СО^ —0,41 №,
** 0,046.
N, —1,254 „ на 1 л<3 газа.
При нагреве продуктов горения до 1500* требуется тепла:
СО * . - 0,410*0,531*1500 = 328,41 кал.
Н30 . . .0,046-0,424-1500 = 20,19 .
, N3 t , . . 1,254-0,3294500 = 610.85 .
977,45 кал.
При нагреве их до 1600? требуется?
СО, . . . . 0410*0,5384600 — 352,93 кал.
Н*0 . . . . 0.046-0,42 5*1600=^ 31,80 и
Na. . . . 1,254-9,331-1600 ==664,12 и
1048,85 кал.
Теоретическая температура горения находится между 1500 и 1600° по следующему расчету:
(1 01 0.0 - 977,4511 -00 „ЛЛ , 32 85-100
>- - ——— = 1500 —--- -1546 .
1048,80—977.45 ~ 71,4
Воздух, обогащенный кислородом. Примем, что обогащенная смесь включает: 25% 02 и 75% N2.
При теоретическом количестве кислорода, потребном для сгорания газа, воздуха при обогащении его кислородом потребуется только:
75/W0 .25^О^О751
80 ' 20
того теоретического количества воздуха, которое расходовалось б^з обогащения кислородом.
Следовательно, азота с воздухом при обогащении его поступает (табл. 2)
0,692'0,75 = 0,519
и состав дыма будет:
СОп Н-/5 N3
. Oj'0 лр
. 0,0^6 я
. 0/*19-^0,562“ 1.081 М3
По предыдущему нетрудно вычислить теперь теоретическую температуру горения доменного газа с воздухом* обогащенным кислородом.
Продукты горения, нагретые до 1700°, уносят тепла:
СОа . - . 0/10-0*542'1700—374/74 кал.
МпО . . - . U.0‘6-OJ4J17nO — 34,49 ,
743 . t . . 1.081 О.^ЗЗ* 170i) — 611,94 ,
1028. 17 кал.
Продукты горения, нагретые до 1600°* уносят тепла:
С02 - . . .0,410 0,538.1600 = 353/3 кал.
ЩО . . . . 0,046.0,432-1000 = 31.80 „
, 1/81.0Д31, 1600 = 572,50 и
957,23 кал.
Теоретическая температура горения:
I = 1600+ео1-°^52;?3’:1“=!«№, 1 1028,17 — 957*23
т. е. она выше на 1680— 1546= 134° по сравнению с температурой при сжигании газа с необогащенным воздухом.
Поверка по кислороду. В обоих случаях кислорода должно быть
израсходовано одно и то же количество (табл. 2) — 0,173 лЛ
Произведем поверочный расчет при обогащении воздуха кислородом.
1 100 кислорода заменяет (1 + 4) = 5°/0 воздуха;
500 кислорода заменяет 5X5 = 25°/о воздуха. }
Всего"воздуха (сухого: 20% 0.3 и 80% Na) в этом случае израсходовано :
0,865-0,75 = 0,64875 л3;
кислорода с ним:
0,173’0,75=0,12975 л3.
В обогащенном воздухе кислорода только сухого воздуха заключается (расчет по азоту):
75’20
-——=18,75%
□и
следовательно чистого кислорода необходимо подмешать (в процентах от обогащенного кислородом воздуха):
25—18,75 =; 6,25%.
или в процентах от сухого воздуха:
А5* . Wo = 6,(6)% = ^%, v Uj ( U Q
что составляет:
0,64875 -----
3-100
= 0,04325
Всего кислорода с обогащенным воздухом поступит:
i' 0,12975 + 0,04325 = 0,173 лэ.
т. е. то же количество, как и при теоретическом расходе необога-щенного воздуха.
Определим теперь теоретическую температуру горения каменного угля, состава табл. 3
1) при теоретическом расходе воздуха и
2J при расхо д воздуха в 1.5 раза более теоретического.
а) Расход воздуха теоретический. При нагреве продуктов горения до 2200° требуется тепла:
для Na . . . .0.2935- 7,675 2200 = 495Г,747 кал,
„ С^2 . . , 0.04 -12/12 2-0 1Й51/84 ,
На0 . . .0.033 Д1Ь2Э *2200 = 18,9l3
и ЙОа . . , 0.0006-12,512-2200 ~ 16,516 „
7442,775 кал.
При нагреве до 2100°:
для Na . . - .0.2935* 7Х63 -2100 = 4702.75] кал.
. СО, . - -0,06 .12.451*2100 = 1568/26 и
. Н40 . . .0.033 -10.952*2500= 758.974 „
. S03 . . 0,0006-12,451*2100= 15/82
7016.233 кал.
При теплопроизводительной способности угля в 7271,09 кал. искомая теоретическая температура горения:
— 91 лл _L (7271.09—7046,23) 100
+ 7442,78—7046,23
— 2157’.
б) Расход воздуха в 1,3 'раза больше теоретического_ При нагревании продуктов горения до 1600; (табл. 8) расходуется тепла:
дяя Nj .............0,44 7,405-1600 = 5213,12 кал.
- S05-^00s............0.0606 12,043-1 ПО == 1167,69 .
т На0 ............0,033 9,669'1600“ 510,52 ,
. 0s ............ 0,0366- 7,605'1600^ 445,59 р
7336,92 пал.
При нагреве дыма до 1500° расходуется:
для Ns ... <0,44 - 7.36 '1500 = 4857,60 пал.
„ СО3 -Н SO............0,0ti06 11,959' 1500 = 1087,07 я
НаО . . < < 0,03 s - 9,475 Л500= 46^01 , „ 0, - . . .0,03662- 7,56 -1500= 415,27 ,
6828,95 кал,
Теоретическая температура горения:
1500-J-
(7271,00—6828г95) -100 7336,92~6?2 *Г,95~
1587е,
Т. е. она ниже на 2157—1587 ~ 57Оа.
Обратно, чтобы найти избыток воздуха в процентах, соответствующий определенной теоретической температуре горения, например, 1700°, поступают так: определяют прежде всего расход тепла для нагрева продуктов горения угля с теоретическим количеством воздуха, до 17ijOQ для данного случая:
для Ns . СО, + SO, Н.0
. <0,2935- 7,45 Д700 = 3717,18 кал.
. < 0/606-12,1 И 1700 = 1279,77 .
. . 0,033 • 9,883-1700“ 554,44 .
5542,39 кал.
а так как 1 кг угля при сгорании с теоретическим количеством воздуха дает 7271.09 кал., то на нагрев избыточного сверх теоретического количества воздуха может быть затрачено тепла:
7271,09 —5542,39 “ 1728,7 кал,
Зная далее молекулярную теплоемкость воздуха при 1700°
МО™ =7,492
количество воздуха в яг/мол. определяем из отношения:
1 728 7
М927Т7оО = °’13572 К2/М0П>;
следовательно избыток воздуха в процентах теоретического со* втавляет:
°'13573.100
0,36625
37%.
5Й=
т. е. более высокая теоретическая температура горения достигается при меньшем избытке воздуха сверх теоретического.
Из всех приведенных вычислений видно, чтч азот воздуха, составляя почти % его состава по объему, играет большую роль в понижении теоретической температуры горения при избытке воз
духа; он является ненужным балластом в продуктах горения, а потому вполне понятно стремление металлургов и теплотехнике» ! заменять часть воздуха кислородом.
Теория газогенераторного процесса.
Способы использования тепловой энергии топлива.
В зависимости от разных условий способ использования тепловой энергии топлива может изменяться следующим образом:
1) Топливо может сжигаться полностью, оставляя после себя лишь золу; обычно для этого требуется количество воздуха больше теоретически необходимого для горения.
2) Топливо также сгорает до золы, но с количеством воздуха, меньшим по сравнению с теоретическим. Горение углерода топлива в таком случае не будет иттн до конца (с образованием СОа), и целью процесса будет получение возможно больших количеств промежуточного продукта горения СО*
Такой процесс называется процессом полной газификации топлива.
Как мы увидим ниже, в газе вместе с окисью углерода будут получаться-и другие горючие составные части его (Нй, СНЪ СаН< и т- д); при газификации топлива часть углерода дает также тяжелые углеводороды, сгущающиеся в жидкие смолы, которые с влагой топлива образуют жидкую фазу.
Процесс газификации топлива ведется в особых топках с толстым слоем горючего, которые называются генераторами.
Если в процессе газификации ограничиться только ходом одной экзотермической реакции горения углерода, то в генераторе возникает нежелательная для обычного хода высокая температура; с целью понижения ее, вместе с воздухом вдувается пар (или углекислота); расход тепла на разложение СОа или НаОраскаленным углородом (эндотермические реакции) и позволяет регулировать температуру генератора по желанию* При такой работе на паровоздушном дутье обычно получается в результате газ с теплотворной способностью 1000—1550 кал7л\
3) Топливо нагревают до определенных температур в закрытых ретортах или особых камерах без доступа воздуха.
При таком процессе обычно небольшое сравнительно количество углерода переходит частью в газ (легкие углеводороды), с высокой теплотворной способностью (4000 — 5500 кал/jH3), частью расходуется на образование жидких смол (тяжелые углеводороды). Значительная же часть углерода топлива остается в твердой ф|зе, получающейся в результате процесса — коксе, который и утилизируется для разных металлургических производств, главным образом для выплавки чугуна.
Большое значение в промышленности и деже в обычных условиях жизни начинает приобретать теперь второй из указанных способов использования тепловой энергии топлива, способ газификации его, что объясняется тем, что:
1) газ является чрезвычайно удобным видом горючего, позволж-ютцим быстро производить всякого рода операции с ним (зажигание, регулирование расхода и пр,);
2) только с газообразным горючим можно получать те высокие температуры, какие например необходимы для плавления стали мягкого железа и пр.;
3) для получения газа могут быть применены всевозможные сорта топлива и суррогаты его (отбросы), которые трудно, а иногда и совсем невозможно применять в обычных топках (отсевки антрацита, каменного угля и кокса; уголь с содержанием золы до 50%; низкосортные бурые угли с большим содержанием влаги; опилки, кора, хвоя, мелкие сучья и пр%
Теория газификации.
Как указывалось выше, при всяком генераторном процессе высокая температура, р.ввивающаяся при действии кислорода воздуха
Рис. 1.
на раскаленный углерод, должна измеряться эндотермической реакцией разложения раскаленным^ углеродом п::ро5 воды или углекислоты. Затем в процессе газификации приходится иметь дело с сухий пе егонкой топлива и с образованием при этом других компонентов газа, кром^ получающихся по реакциям между углеродом, кислородом и парами воды. Поэтому изучение газогенераторного процесса сводится к изучению теоретических условий хода указанных выше отдельных реакций, с тем, чтобы выводы. сделанные из этого изучения, могли быть Применены к действительным условиям ведения глзпфнкацин в генераторах. Реакции между кислородом воздуха и распаленным углеродом. Раскаленный у поверх нот и колосников генератора углерод го-
рючего в соединении с кислородом воздуха сгора-т по реакции:
С%Оа = СО24-97 (550 кал.
Полученная углекислота^ поднимаясь выше и проходя через толщу раскаленного угля, реагирует с ним по реакции:
СО, % 38 790 кал.
На рис. 1, схематически изображено постепенное получение газов по указанным реакциям.
Последняя реакция обратима и, согласно работе Bondouard'a и ряда других ученых, мы знаем, как изменяется const равнове-
сия ее:
(СО)* хч
в зависимости от изменения температуры.
В табл. 4 приведен процентный объем газа, каким он получился при разных температурах в контакте с углеродом в условиях равновесия.
Таблица £•
Объемный яндлчз 0 ft Const равновесия
i °C К- (f <V
COj СО K' co;
400 2От6 0,9 78ъ5 ._ .... 0,000391
SCO 17,1 6,4 76 5 O.OJ396
600 10,1 13,1 7 ГЙ
700 3.1 29Д 67,5 2,7^9
800 0.6 33,7 05,7 18,94
Равновесие достигается, если для установления его будет дано достаточно времени^ причем чем выше температура, тем быстрее
устанавливается рав-
новесие ; при низких температурах наоборот для установления его требуются десятки часов и даже дни.
Результаты табл, 4 не могут быть конечно применены для обычного газогенераторного процесса, так как указываемые числами таблицы состояния газовой фазы достигаются в течение продолжительного времени (часов и дней при низких температурах),
Рас. 2.
тогда как в генераъ ре
газ находится в контакте с топлйпом( как мы убедимся в этом ниже, в течение одной или нескольких секунд.
С целью изучения условий о разовапия СО из СО^ при коротком контакте газа с углем ClemenfoM, Adams'o? и Haskins'oM был проделан ряд исследовательских работ, результаты которых изображены графически на рис. 2, 3 и 4.
В этих опытах углекислота пропускалась при определенной температуре в течение определенного времени через раскаленный слой топлива, причем определялась каждый раз СО, получавшаяся в результате реакции между С0а и С.
1 Вывод court Для температуры 46О*С:
О.Оу , 20,0 _ 0,81 i<MV "1UO ” 20600
= 0,00030,
39
Ёрекя s секунда*
На рис. 2 и 3 время контакта нанесено на оси абсцисс;’изменяющийся объем СО—на оси ординат. Кривые рис, 1 указывают на количества СО, полученной при пропускании СО3 черев раскаленный кокс при разных температурах.
Из положения этих кривых ясно видно» что чем короче время контакта, тем меньше получается СО из СО2; ухудшающийся при уменьшении продолжительности контакта состав газа можно улучшить» увеличивая температуру газа. Например, при 1000° в течение 80 сек. СОа в контакте с углероде м дает 80% СО; если же уменьшить время контакта до 12,5 сек., то газ того же состава может получиться только при 1100°С. При контакте в 5 сек. и при температуре 1000° СОа дает 10% СО; то же содержание СО может получиться при 900°, но с увеличением контакта до 45 сек.
Данные рис. 3 говорят о том, что при переходе СО2 в СО в присутствии раскаленного углерода надо принимать во внимание не только время, но и природу самого топлива.
Например, при 1100° С и при древесном угле контакта в 5 сек. достаточно, чтобы получить практически полное превращение СОЭ в СО, тогда как при коксе и антрацитеза те’же б сек. контакта мы получим СО только 50 и 45% соответственно, "Кривые рис. 4 представляют результаты, полученные теми же исследователями при пропускании смеси: 21% СОа и 79% через раскаленный кокс. f
На абдциссе указана температура (С°),’на ординате содержание
J Л
СО в процентах. Когда вся СО2 перейдет в СО (СОг + С = 2СО) мы будем иметь 2*21 объема СО и 79 объемов N2, или 34,7% СО и 65,3% Na. На кривых указано время пребывания газовой смеси в раскаленном коксе, а сами кривые дают понятие о ходе реакции
С0, + С^2С0
в зависимости от времени и температуры.
В условиях протекания газогенераторного процесса трудно определить как среднюю температуру в толще топлива, ввиду колебания ее в разных слоях, так в особенности время контакта газа с топливом, которое будет колебаться в зависимости от многих условий, в частив сти от величины кусков кокса, образующегося из топлива, и от его пористости.
Нижеприведенный подсчет все же дает понятие о приблизительном времени контакта газа с углем.
Если взять генератор с суточной производительностью в 24 т с внутренним диаметром в 3 ж, с высотой слоя типлива наа шлаковой подушкой в 1 и принять, что 1 кг угля дает 4,5 ж3 газа, то, учитывая среднюю температуру генератора около 1000°С, имеем секундный объем, получаемый при 1000°, газа:
Объем топлива в генераторе:
ndМ „ пс *
----= 7,06
4
Если принять общее количество пустот в топливе 5О°/о, т. е. 3,53 ма, то время пребывания газа в генераторе (контакт газа с топливом) выразится:
5,75 , .
„-^-=1.6 сек. О- о □
Так как СО2 не сразу переходит в СО, то мы в действительности будем иметь дело с меньшим объемом газа, а следовательно с несколько меньшей продолжительностью контакта газа с топливом.
Во всяком случае, в зависимости от разной толщины топлива, время контакта будет меняться, и по данным вышеприведенного расчета мы можем принять его от 1 сек. до 2, но не выше 3 сек.
Из рис. 4 мы видим, что при f = l и ( = 2, т. е. при нормальном пребывании газа в генераторе, почти полный переход СО2 в СО произойдет только при очень высоких температурах (1400— 1500° С).
Наконец, кроме продолжительности контакта газа с топливом и температуры необходимо учесть также и физические свойства топлива: пористость его, каталитические свойства минеральной составляющей золы и т. п.
Невозможность учета этих свойств ведет к тому, что мы при современных научных знаниях не в состоянии принять полностью
результаты вышеприведенных исследовательских работ; но1 тем не менее эти работы дают нам право утверждать, что для увеличения образования СО из СО3 необходимо:
1) чтобы поверхность, предоставляемая топливом действию газа, была возможно больше;
2) чтобы время контакта между газом и топливом было также возможно больше;
3) чтобы, учитывая условия газификации, температура держалась возможно выше/
Первый пункт находится в связи с качеством топлива, со степенью подготовки его к процессу газификации, с величиной отдельных его кусков. Необходимо однако учитывать, что при чрезмерном измельчении топлива потребуется большая упругость дутья, увеличится вынос с газом мелких частиц угля.
Второе положение достигается или увеличением толщины слоя горючего, или замедлением процесса газификации, причем первый факторе экономической точки зрения выгоднее второго,
Требование третьего пункта — поддержание высоких температур в слое горючего генератора—может быть достигнуто путем установления быстрого хода газификации.
Хотя это условие и находится в противоречии со вторым пунктом, тем не менее, рассуждая теоретически, осуществление его не было бы помехой для ул^шепия состава газа, так как диаграмма рис. 4 определенно указывает нам, что увеличение температуры является более существенным фактором с точки зрения улучшения состава газа, чем увеличение слоя топлива (увеличение времени контакта газа с топливом).
Напрпмер, при 1200е С п при сек., количество образующейся СО из COj измеряется примерно 8%; при 1^2 сек-. т. е. при увеличении толщины слоя вдвое —15%; но этот же эффект достигается при подъеме температуры с 1200 па 125ОеС, т. е. только па 50е.
Однако мы не можем сильно повышать температуру газогенераторного процесса и притом по соображениям чисто практического характера.
Прежде всего при сильном повышении температуры зола начинает спеваться, а затем частично сплавляться в комья п глыбы, мешая равномерному распределению газа по сечению генератора и вообще сильно усложняя ведение самого процесса газификации. Кроме того, с повышением температуры газа сильно увеличиваются также внешние потери тепла па лучеиспускание и конвекцию, так как потери эти существенным образом зависят от разности температур внутри генератора и вне его, в воздухе.
Если предположить:
1) что весь углерод в генераторе переходит в СО и
2) что все физическое тепло генераторного газа теряется по пути к той печи, которая его расходует, то, учитывая получение тепла при сгорании 1 кз углерода: в С02—8137,4 кал. и в СО—2452;4 кал., инеем к. п, д. генератора :
8137,4—2452,4
л =* — 1оо=7°х
□ 1 О Г*
49
В действительности он был бы даже еще ниже, так как часть углерода топлива сгорает в СО2, увеличивая таким образом еще больше потери тепла при использовании холодного газа; кроме того, часть углерода неизбежно теряется в золе, пыли, смолах.
Путем введения под колосники вместе с воздухом другого газа (чаще всею пара или СО2), реакция которого с углеродом протекает эндотермично, часть физического тепла газа, которая при работе без введения в воздух пара и при использовании холодного газа целиком терялась бы, при новых условиях частично возвращается газу в виде потенциальной химической энергии водорода или окиси углерода, получающихся в результате разложения раскаленным углеродам паров воды или углекислоты.
Так как при ходе такой эндотермической реакции часть тепловой энергии процесса поглощается, благодаря чему температура в эоне озоления топлива понижается, то попутно с улучшением качества газа достигается и другая цель — в той или иной степени устраняются все те затруднения, которые связаны со спеканием и оплавлением золы топлива.
Эндотермическая реакция между раскаленным углеродом и водяным паром или углекяслотой. Углерод и водяной nqi. Между углеродом и водяным паром идут реакции:
С + Н..0 - СО + Нг — 28 380 кал.
С -к2 Ни0 = С02 4-2(-1а — 17 970 кал.
Так как часть пара по этим реакциям всегда будет оставаться пераэложенпой, то ок^нч тельным результатом н писанных реакций, идущих с затрат' й заметных количеств тепла, мы будем иметь газовую фазу, состоящую из Н20, СО, С02 и Н2.
Есчи указанным газам дается досгаточ-ю времени для взаимодействия, то они могут рассматриваться находящимися в состоянии дин мнчесгсого равновесия друг с другом, согласно обратимой реакции:
H3O + CO^±H2 + CO2zt 10410 кал.
Наиболее ценный материал, касающийся результатов взаимодействия папов воды и раскаленного углерода, внесен работами Clement'a, Adams’a и Hasldns'a.
В табл. □ приведены данные некоторых опытов этих исследователей. В последней вертикальной колонке этой таблицы приведены числа, показывающие количество паров воды, разложенной во время опыта, в процентах от всей участвующей в опыте воды. Расчет их можно вести по общему составу газа, принимая во внимание в нем или газы, содержащие кислород (С02 и СО), или газы, содержащие водород (Н2 и С1Ц).
Например, для 3-й строчки табл. 5 разложено паров воды:
1) Расчет по С02 и СО:
2 75-2-]-8,31
* V5'2 + 8 51-J-75,4
100=8мГ100=15-7й/<-
2) Расчет по Н2 и СН4:
12.78-1-2-0.57
12,78-I-2 0,57
75,4
100 =
89,32
Таблица 5.
Влияние времени и температуры на разложение пара раскаленным углеродом.
Время вину, сек. Объемный <пстип □ухого Объем вый состав влажлогс рапа % разложения пара
Нн
со, со н. СП* г К,0 СО, €0 СЯ.
Кокс 800 1/2 4.8 34,4 42,7, 81.7 99.1 0.06 0,4 0.49
(\416 4.2 35г0 45.5 84.7 99.6 0,02 0.16 0.21 0.52
900 8.35 9/ 30,4 45,7 2,0 87,9 75т4 2,75 8,4 12.78 0,57 15.7
IV 2,96 6,8 ЗЛ8 47т5 1.9 9 ,0 89,5 0,75 4,36 5.2 0/21 6/4
р 1,47 7,9 3 5,0 46,6 1,8 62.3 92,9 0,61 2/8 3.6 0,1 L 4.1
IV 0,5 6.0 40,8 47.5 1,9 96.2 96,2 0.24 1,62 1,88 0,08 2/1
л 0,245 5,9 39,5 48,0 1.2 94/ 97,9 0,13 0.9 1,09 0.03 1.17
юсо 6.98 1 13/- '28/ 49,3 2.6 94 1 69 8 4,38 9,16 15,8 0.84 20,2
в 3,12 1Н,7 33 6 50,3 2.0 96/1 78,4 2.4 7/3 11.28 0,4л 13,5
я 2/4 96 35.1 48.4 1,9 95,0 В 1.3 1.89 6/2 9,5- 0,37 11,45
р 1 025 7.8 З'.О 48,5 1,6 95/ 8В,7 0,91 4.48 5.71 < .19 6/4
л 0,244 7,1 39,0 48.1 1,9 9'^1 96.4 От27 1.47 1.8 1 0,08 2.С2
1100 7,97 14,6 28Д 53.1 1.4 97.2 34.9 9,8 18,8 3\6 0,9 52,1
л 1.97 12,8 28,9 51,2 1,5 94.4 67,6 4,4 9 92 7,6 0,51 21.75
т 1,031 0.259 13,3 30,5 52,5 1.9 98,2 76.8 3,16 7,22 1 2,41 0/14 11.87
Л 13.3 30,4 53.1 1Л 98,2 92,0 1.09 2,48 4,32 0.11 4.73
1200 11,05 03 *1.8 42.9 1,0 96.0 5,0 0,3 51,3 42.5 1,0 90,8
р 4,48 0.6 *2.1 J3.1 1.2 97/ 17,0 0.5 4\6 37,0 0.9 71,3
р O.86ti 39,3 49.4 1/2 97.3 74,8 СЭ CD -н О' 10,18 12.8 0,31 15,6
р 0.377 3.6 46,3 47.0 1.9 98.8 82.0 8,С 8.11 0,32 9,79
1300 4.32 0,4 50,5 43.7 1,9 96,5 о.о 0.4 f>2,4 45.3 2,0 100
V 1,245 0,3 49.5 45.8 1.9 97,6 17,4 0.3 41,9 3<.8 1,6 70,9
Древесный уголь 1100 6 92 1 0.9 0,0 50/ 47,3 1,3 98,5
р 5,62 * -—. 0.9 0,1 50,1 48,1 0,8 98,3
IV 3.37 — — 12,3 0,3 43,3 43,4 0.7 78,3
-—. 1 77 » ™ » 20,8 0,4 39.6 39,0 0,2 65.8
Кривые на рие. 5 указывают на соотношения между температурой, продолжительностью контакта и количеством разложенного пара; пунктирная кривая для древесного угля в сравнении с другими сортами топлива дает возможность судить о томн как влияют на это разложение различные виды горючего.
Главные выводы, которые можно сделать из этих опытов, таковы:
1) Если в генератор вводится надлежащее количество пара, то для разложения его требуется довольно высокая температура (кривая рис. 5 — кокс 13ОО*С).
2) Так же, как и для случая образования СО из СОа (рис. 2), температурный фактор имеет большее значение, чем фактор времени,
0 18.34 5 6 7 8*9'
время з секундях
Рис. Б.
3) Большое влияние на разложение паров воды оказывают качества топлива, причем необходимо учитывать не только теплопроводность, пористость топлива, но, как показали исследования GwozdzX и каталитический эффект, производимый на реакцию разложения паров воды минеральными примесями (золой) топлива.
Так как для генераторного газа важно, в каком соотношении входят в газ такие составные части его, как СОд, СО и Н2, то является необходимым изучить условия количественного образования каждого из этих газов в зависимости от времени и температуры.
По данным только что рассмотренного материала исследовательских работ Clemenfa и Adams’a, Rambush1 изобразил кривыми диаграммы рис, 6 колебания в содержании каждой составляющей газовой фазы: СОа> СО и Нэ (газ без водяных паров) в зависимости от температуры и продолжительности контакта.
На рис. 7 им же даны подходящие, согласно работам С1е-ment'a и Adams’a, изменения состава всей газовой фазы в зависимости от температуры и времени контакта, но для последнего фактора взяты числа 1 сек. и 5 сек.
Таким образом кривые рис. 7 изображают
вероятные и приемлемые составы газовой фазы для настоящих условий генераторного процесса.
Вглядываясь в начертания кривых на рис. 6 и 7, можно притти ic следующим заключениям:
1) Количество СО3 увеличивается с температурой и продолжительностью контакта между 900 и 1100° С примерно на 15%, после чего содержание ее быстро уменьшается, снижаясь почти до 0; для 1200° это имеет место при контактах свыше 7 сек. и для 1300° — при самом коротком контакте (меньше 1 сек.).
2) Количество образующейся СО, наоборот, уменьшается с температурой и временем контакта между 900 и 1100°С примерно до 30%, после чего содержание ее быстро увеличивается до 50% и выше (для 1200° и более высоких температур).
. 1 N. Б. Rambush, Modern Gas Producers, стр* 20, 21.
3) Количество образующегося водорода ратурой и временем контакта между 900 и
Ж'/'гя а
г
58--
^45
£ 45 —)—
' *ш
,/7 7
Ш\ LJ
АД7££ з'содГл* X С
4- i l-Fr^
2 3 4 5 S
BPErtf 8 CEk^iZJtf
Рис. 8.
равновесия между газами На0> Н2, СОа
увеличивается с темпе-1100° примерно до 55%, но не так быстро, как соответственно изменяются СО2 и СО, затем между Ь00° и 1200° содержание во юрода опять понижается.
Сопоставляя эти выводы, можно заключить, что реакция
С4-2Н2О^СО34-4^ 2На — 17 970 кал.
притемпературах 900 — 1000° С имеет большее развитие, чем реакция:
СФЩ0^С0 +
4- Щ — 28 380 кал.,
которая имеет исключительно большое развитие при температуре свыше 1200°.
Так конечно и следовало ожидать, принимая во внимание тер-мичность реакций, согласно законам L|j Cha-teller и Vant-Hjff’a.^
В прочем, >читывал условия подвижного и СО:
&
5
На0 + С07± СО, -4* Ий + Ю 41 о кал
необходимо учитывать также и ход обратимой реакции:
COZ^COa4-C 4-38 790 кал., которая всегда будет иметь развитие в том или ином направлении в зависимости от
ТСППЕРЯТУРЯ в ГРАДУСАХ С 7
Рис. 7.
отметить условия диссо-
температуры и состава газовой фазы, и следовательно будет до некоторой степени заменять результаты вышеописанной реакции.
Ввиду того, что паровоздушное дутье применяется в генераторах чрезвычайно часто, интересно циации СОа и На0 при газификации.
На рис. 8 вычерчены по результатам работ Clementa и Adams’a кривые, при рассмотрении которых видно, что свыше 1100° С Диссоциация СОЭ имеет большее развитие, чем Н2О> тогда как при 1100* и ниже скорость разложения паров воды больше, чем углекислоты, что опять можно было предвидеть по закону Le Cnatelier и Vant-Hoff’a.
Интересно отметить, что довольно резкое (по кривым рис. 7) уменьшение содержания СО в газах между температурами 1000 и 1100° С подтверждается ,и исследованиями Rhead’a и Wheeler’a,
которые, пропуская чистый кислород над углеродом, нашли, что содержание СО в газе сначала увеличивается с температурой, затем быстро падает и потом снова быстро увеличивается с температурой, Указанное паде-
ние отмечено ими для времени контакта в 60 сек. и болеег в пределах температур 700— 900° С.
Пунктирные кривые рис. 7 также определенно указывают на то, что с увеличением времени контакта на-чало падения в содержании СО будет иметь место при более низких температурах.
Рис. 8.
Применяясь к усло-
виям хода процесса газификации в генераторах, на основании выше-
изложенного мы должны заключить, что в той области генератора, где энергично образуется окись углерода, температура не должна спускаться ниже 1200° С, а для успешного разложения водяных паров эту температуру желательно поднимать даже до 1300е С.
Углерод и углекислота. Хотя водяной пар и является наиболее удобным эндотермическим агентом, но применение его в связи с необходимостью затрат на парообразование ведет к увеличению
расходов по содержанию генераторов.
Поэтому в теплотехнике издавна уже обращалось внимание на другой эндотермический агент—углекислоту. Сама по себе она также
хорошо выполняет эту роль, но надо сказать, что дымовые газы заводских печей — наиболее удобные для использования и в больших количествах выбрасываемые трубами в атмосферу, — содержат углекислоты сравнительно мало (теоретически в сухом дыме 21%, практически еще меньше).
Введение такого дыма под колосники генератора с целью использования углекислоты его сильно понизило бы теплотворную способность генераторного газа, внося в него большое количество инертного азота.
Несколько иначе обстоит дело с колошниковыми газами современных известковообжигательных печей.
При хорошей установке для таковых — непрерывной работе, механической загрузке и выгрузке материалов, большой произво-
дитсльности, малом расходе воздуха сверх теоретического — может быть достигнут к. п. д. в 65%, а состав колошникового газа доведен до содержании в нем: СОг —до 32% и N2 —до 54% при примерном остатке —влаги—11%, к недорода—2% и СО — 1%.
Е таком газе отношение кислорода, связанного только с углекислотой и идущего на горение, к азоту: — = 0,296,—более О 4
благоприятно даже чем в воздухе: = 0,266, а тем более, чем в
дыме заводских печей: ^0,188 (теоретического состава).
Следовательно колошниковый газ известковообжигательных печей с выгодой может заменить воздух, а вместе с теми выполнить роль эндотермического агента. Вдувая его под колосники генератора, мы будем иметь в экономии расходы по парообразованию.
Учитывая вместе с тем и выгоды применения извести вместо известняка, скажем в мартенования,* 1 следует притти к заключению, что введение дыма обжигательных печей под колосники генераторов будет лишь завершением наиболее рационального использования известняка в мартеновском производстве.
При расходе известняка £ в 10% от веса мартеновского металла и при содержании в СаСОэ — 44% СОа имеем, что на 1 кг металла известняк выделяет 0,044 кг СОа.
Принимая далее расход угля на выплавку металла в 25% от веса последнего и оптимальный расход пара на газификацию в 40% от веса угля, имеем, что 1 кг металла требует при газификации пара:
0,25X0,4 = 0,1^.
Заменяя эндотермическую реакцию с паром эндотермической реакцией с углекислотой, имеем расход последней на газификацию (на 1 кг металла):
0,1
44
18
28 380
38 790
- = 0,179
«3.
Таким образом выходит, что генераторная установка одной мартеновской печи в состоянии израсходовать колошниковый газ группы известковообжигательных печей, доставляющих известь для
=4-х мартеновских печей. 0,044
Так как современная постановка мартенования сводится именно к тому, чтобы в сталеплавильных печах использовать смесь коксовального и доменного газа, то при группе мартеновских печей
1 Выгоды эти следующие:
1) экономия в горючем пн выплавку стали в 5°^
2) уменьшение продолжительности планки по крайней мере на 0,5 часа,
3) удешевление шихты вследствие уменьшения расходного процента чугуна или, при непэменном количестве его, увеличении расхода рудь£.
а Не будет большой ошибкой принять его аа чистую СаСОа.
ДА
L.
не менее четырех следует иметь на всякий случай генераторную установку не более как для одной печи.
Остальные три печи должны работать на смеси доменного и коксовального газа.
Таким образом и с этой точки зрения использование извести и колошникового газа известковообжигательных печей будет вполне рациональным. Образование метана при газификации. При взаимодействии раскаленного углерода, водяных паров и образующихся газов друг с другом, метан может получиться по следующим реакциям:
1) СО ЗНа ~ СН4 4- Н .О + 49 250 кал.
2) СО2Ч-4Н2 = СН, + 2НаО+ 38840 и
3) С +2Н3 = СН4+ 20870 и
Некоторые исследователи ставят под сомнение образование метана по написанным реакциям, но Rambnsh доказал присутствие мегана в образцах газа, взятых из нижних частей генератора, где никаких летучих веществ в топливе существовать уже не может. Наконец генераторные газы из кокса и антрацита содержат заметные количества СН4, который ни в коем случае не может быть приписан метану, содержащемуся в летучих веществах, которые имеются в указанных горючих. Во всех образцах газов, полученных ClemenVoii и Adams'oji (табл. 5), содержание метана доходит от 1 до 2% общего количества сухого газа. По их утверждению, даже в тех случаях, когда кокс нагревался в течение долгого времени перед опытом, это не уменьшило содержание СН4 в газе.
Реакции взаимодействия при разных температурах между метаном, с одной стороны, и газами, получающимися в результате воздействия паров воды на раскаленный углерод, с другой — были изучены Мауег’ом и Altineyer'oM 1 в Германии и Sabatier и VI-gnon’OM 3 во Франции. Табл, Сдает числа, полученные на основании результатов наблюдений Мауег’а и Altrneyer’a для состояния полного подвижного равновесия реакций, приведенных в таблице.
Хотя эти реакции имели место в присутствии агентов, играющих роль катализаторов (извести, никеля, кобальта), которые обычно не находятся в каких-либо значительных количествах
Таблица G-
Реакция: СО. +СН4^±2СО + 2Н3.
c Объемный состав газа
CO И, coa CH*
427 3,44 3,44 46.56 46 ,56
527 12,83 12,83 37.17 37,17
627 29,44 29,44 20.56 20,56
727 43.00 43.06 6.04 6,94
827 48.10 48,10 1.90 1,90
1 Journ. fur Gaebel. 1909.
a Vignon, Ann. Chim. 15,42 — во.
Реакция: СН4 На0 j=±CO 4- 8На.
с Объемс о « т 11 а I *
СО | Ии СЯ4
427 2,79 8,37 41,43 44,4В
527 3.13 24ь39 33,73 33,73
627 15,74 47,22 18,51 18.51
727 21,42 64,26 7,17 7.17
827 28,81 71,43 2,38 2,88 1
Реакция: СН4 + 2Н20 г* СОа -j- 4IIa.
О б ъ е \ н и А еиитвгб г & а а
° с со, н, сях й.о
327 Ъ 9 7Т69 30,16 60,32
427 4,89 19,56 25,19 50ь38
527 8,84 35 36 18.60 37,20
627 12,84 51,36 11.92 23.84
727 15,75 63,00 7,08 14,-16
827 17,55 70,20 4,08 8,16
в топливе, но тем не менее общий вывод, который можно сделать, рассматривая числа табл. 6, приложим и к обычным условиям газификации.
С повышением температуры вместе с уменьшением содержания СО2 уменьшается и содержанйе СИГ Невидимому каталитическое влияние минеральных составных частей золы (разное в разных сортах горючего) — сильно сказывается на количестве образующегося метана.
Газы — продукты дестилляции топлива. В приведенных выше исследовательских работах в виде горючего задавались такие сорта его, вроде антрацита, кокса, которые кроме золы содержали почти только один углерод. Но большая часть идущего в газификацию топлива содержит кромо углерода и летучие вещества—легкие и тяжелые углеводороды, которые в верхних горизонтах генератора, в процессе сухой перегонки (дестилляции) топлива, выделяются из него в более или менее разложенном виде под действием высокой температуры газа, полученного в нижних зонах генератора.
Количество образующихся летучих веществ, если не брать в расчет натуры топлива, зависит от скорости подогревания и температуры, которым подвергается топливо.
С повышением обоих этих факторов увеличивается и количество выделяющихся газов — составных частей летучих веществ.
В табл. 7 в виде примера приведены результаты сухой перегонки при одних и тех же условиях (температура дестилляции 800°С) различных видов топлива.
Из анализов видно, что составные части дестилляционного газа, за исключением СН4 и СаН4 (метана и этилена) те же, какие по-
Таблица
Бет '.мнио'зньдВ
уголь Лмгпнт Top Дерево
Летучие вещества (°/D веса) 31,7 50,8 67,9 7J,2
Объем газа (0е,760 -Н-и) м?1т , 2ОЗ-? 377,2 394,8 222,3
Анализ газа
С03 3,2 21,5 21,0 22,3
СЛ 2,9 1.0 0,6 1Л
Oq 1.3 0,7 од 0,5
со 8 18,5 26,2 20,4
Нз - - . 39,8 32,2 33,6 32,8
сн£ 39,8 24,2 16,4 20.9
Ns 5,0 1,9 1-8 1,7
Теплотворная способность таза
вал, л®3 5О93т5 3284 3224 3460
лучаются обычно при совместном действии воздуха и пара на раскаленный углерод.
Так как теплотворная способность газа сухой перегонки значительно выше таковой газа, получающегося внизу генератора при введении паровоздушного дутьа, то ясно, что подмешивание первого ко второму увеличивает теплотворную способность всего газа-
Учитывая, что в большинстве случаев газ сухой перегонки составляет от 10 до 15% всего количества получаемого газа, ясно, что он является важным фактором при производстве генераторного газа из топлива, богатого летучими веществами-
Исследование работы действующих генераторов.
В предыдущем отделе мы ознакомились с теоретической точки зрения с влиянием на результаты газификации:
1) пара, введенного с воздухом,
2) выделяющихся из топлива продуктов дестил яции (летучих веществ), В дальнейшем мы будем иметь дело с исследованиями генераторного газа,
производившимися в обширном масштабе и при тех же условиях работы генератора, с которыми нам приходится сталкиваться на заводах-
т
1
Рнс. 9,
Каменноугольный генератор, I
К, Wendt был первым, детально изучившим последовательные стадии газообразования в каменноугольном генераторе.
Применявшийся им при работах генератор (рис; 9) имел диаметр в 1700 мм\ толщина слоя топлива в нем была 1600 мм^ В стенках генератора через каждые 250 мм, начиная от уровня колосников, были- просверлены в железном кожухе и огнеупорной кладке отверстия, которыми и пользовались для измерения темпе* ратур внутри генератора и для отбора проб газа на анализ-
При газифицировании применялся битуминозный уголь, причем было проделано две серии опытов: 1) с вдуванием воздуха без пара (сухого), 2) с ду;ьем пар воздушным. Соответственные результаты газифицирования представлены на табл. 8 и 9-
Особенное значение имеет то обстоятельство, что при работе на воздухе без пара, вследствие развития высоких температур (до 1400° С)/ неизбежно получались большие массы спекшейся, а отчасти сплавившейся иолы, что мешало при внльному ходу генератора. При температуре в пооу С—наибольшей в случае паровоздушного дутья — спекание золы наблюдалось в значительно меньшей сте-пени-
Таблаца 8.
Воздух без пара, скорость ъазификацгш —130 кг!м* час*
ВЫСОФЦ НЯД SO-ЛОСПВЕЯми А -им со. Объемный ип&лиа г и а & t°C
СО и» сн. N, S
0 15,0 9Т7 — 75,3
250 од 34,1 65,7 1400
500 0-2 31,3 — 65.5 —
750 34 5 0-4 65,1
1000 ол 33,4 2,4 0,3 63,5 1250
1250 0,6 30,0 11,7 0,6 57Д
1500 1-0 28,9 9,8 2,0 58,3 1030
Из над трубка 0,7 31,3 6-3 2,1 59,3 5S0
Таблица. 9.
Паровоздушное дутье, скорость газифжиции— 86,5 кг/м2 час.
Высота п&д SG- ЛОСЛЦЕЯ1 Я | -4МС ОбъемпыА ьв алн в I* я я а СС
со. СО * Я, сн. а»
V 11,4 t л — 79,1
250 9,5 22 10,8 0,7 57т5 1100
500 5,5 28 13-7 0т9 51,9
750 3,0 32,7 17,9 1,2 45,2 925
1000 5.0 28т7 21т8 5т0 39,5
1250 6,0 28,3 20.7 4,8 4От2 810
1500 5,3 2Н,О 19.0 М 43,6
Из иадтрубка 5,3 26т8 14,6 3,4 49,7 440
СО
Типичным для высокотемпературного воздушного генераторного процесса является быстрое образование углекислоты и по-следущее затем восстановление ее до окиси углерода. Практически восстановление вполне завершается на горизонте 250 мм над колосниками, тогда как при паровоздушном процессе газы должны
:j
*
подняться на высоту до 750 мм над колесниками, прежде чем содержание в них СО ДиСтигнет максимума.
Обращает также на себя внимание расхождение в анализе газа.
взятого из последнего отверстия и в выходном нале (падтрубке). Расхожде-
из генератора ка-
кие очевидно должно быть приписано тому, что состав газа по окружности генератора, где и брались пробы, отличается от состава газа, идущего ближе к оси генератора,
В связи с этим необходимо отметить также, что измерение температуры, производимое на одних и тех же горизонтах генератора, обычно дает более высокие температуры у стен и менее высокие в центре (рис. 10).
Причина ухудшения газа по окружности генератора кроется в том, что горение более интенсивно идет по краям генератора чем в середине, ввиду того, что сопротивление проходу газа у стен вообще меньше чем
воздух 11 лер
ГД7
Ряс, 10.
Ям
в середине; газы, проходя
у стен, будут только с одной стороны в контакте с весьма неровной поверхностью угля, тогда как с другой они имеют гладкую
поверхность стены.
Сообразно с большей скоростью газа у стен и время контакта их с углем здесь будет меньше, а поэтому, несмотря на более высокую температуру здесь, чем по оси генератора, газ по краям
будет хуже, чем в середине-
Какое влияние на качество газа оказывает сорт топлива, его подготовка и уход за генератором можно видеть из табл- ю, составленной RambusifeM.1 Во всех приведенных в таблице случаях газификации толщина топлива была выше з м„
Сравнение опытов (а) и (Ь), при которых в первом газ с ука* занных горизонтов брался до чистки колосников р удаления золы, а во втором после чистки, указывает, как качество газа улучшается во втором случае.
1 Rambus h, Modern Gas Producers, стр, 31-
Я" n
Сопоставление (а) и (Ь) с (с) дает типичную разницу в результате. когда газифицируются разные сорта битуминозных углей: в случаях (а) и (Ь) — неспекающиеся. в кусках от 50 до 100 мм, которые не изменяют своей формы при нагревании, а поэтому дают для контакта с газом малую поверхность; в случае (с)-^ спекающийся в пористый кокс со значительно ббльшей поверхностью для контакта с газами, в кусках меньшей величины (35 — 40
Таблица 10,
Cojt топлива Скорость Г&-виинкапЕЦ кг’.н.- ЧкЮ : £ Дун. я ° С Высота над к l.1.1 пел пиа^и В Объемный a'a'iWB газа.
СО, Оа со Сн4
0.3 15 4 1,6 4,3 4.4
а) Перед чисткой и уд?тле- 0,0 16.6 0,4 4.1 4,0
нивы золы. Неспекающийся 112 77 1,3 s 8Т6 0,2 5,0 5,6 0,6
бнтумисоэный угольв бс-чь- 1,55 15.0 o/i 9,6 15.4
шнх кусках. 5834 кал./ъ-й , Н;тл 13.4 0.8 14,0 20,2 4.8
Ь) После чистки я удаления • трубок
аолы * - - - . ' , , - , 112 0,3 15.0 0,0 2,1
0,6 16/2 0,5 7.3 8,4 03
То ясе сгорание как в (а) . 1.3 17,9 цз 6.4 8.8 0.6
1,55 14,0 02 10,0 10,8 0.6
И?! лтр. Г-,0 0,0 16,4 22,0 5.1
с) Слабо коксующийся биту- 128 74 0,3 0.8 19,9 —
мпноэный орещчнк 37 4f.it , 0,6 10,4 м 18,2 12г4 1,2
6667 кал./ка ....... 1.3 9;8 1-0 20Л 21,4 1,8
2,7 М 0,2 20,6 21.0 З.о
d) Паохо сортированный Падтр- 8.0 0,2 21,8 22,4 4,2
торф с 6О°/о влаги - - , , 39 J 5 кал.^г абсолютно 73 60 0.3 20,0
сухого торфа - 1.3 ?,0 14,0 Зт4 —
2,4 9.4 9,2 6,4 12,6 1.5
ПадтР’ 14,2 3.6 9.2 19.2 2,1ч
Из сравнения (а) и (Ь) с (с) ясно видно, что в случае (с) все реакции как предварительного образования СО21 так и последующего ее перехода в СО идут быстрее; то же относится и к раз* ложенпю пара (накоплению Н3)-
Опыт (d) показывает, как влияет на состав газа сильно в лаж* ное горючее (торф)- При таком топливе (плохо сортированном) в отходящих газах может находиться заметное количество кислорода.
Большой интерес представляют опыты проф. Bone и Wheeler'a, 1 предпринятые с целью изучения влияния изменяющегося количества пара, добавляемого к дутью, на качество газа, В опытах применялся ланкаширский битуминозный уголь; процесс газификации велся в генераторе Mond’a диаметром в 3 м; с ним соединялся перегреватель для воздуха, типа Mond'a,
1 Journal of Iron and Sjoel Institute, № I 1907 и № Щ 1908 r.
04
Результаты этих опытов приведены на табл, 11 и 12; они расположены так, чтобы можно было показать влияние постепенно увеличивающегося количества пара в дутье на качества газа (пар насыгпал воздух и количество его определялось по температуре воздуха).
Велись две серии опытов с разной толщиной слоя топлива в каждой; в табл, 11 приведен анализ топлива, взятого для опытов (почти одинакового состава); в табл, 12 — другие данные и результаты работы-
Табляца 11.
Горючее с 8 Oj Зола Кал./п:]
1-Й серии . . 77s6 ^,35 1/25 4,6 7510
2-й серин . . 78,51 5,51 1,39 0.83 10.83 3,83 7470
В табл, 12 добавлен еще один случай — случай расхода пара 2,5 кг на 1 кг угля при высоте топлива в 2,29 м.
Необходимо отметить прежде всего, что скорость газификации была выше для серин опытов с более низкой температурой дутья (т. е. с меньшим количеством пара); но если учесть, что такой процесс газификации сопряжен с тяжелой ручной работой, вызываемой спеканием шлака вследствие повышенной температуры в генераторе, то экономичность такой увеличенной скорости газификации будет под сомнением-
Затем из табл. 12 видно, что с увеличением температуры дутья, т, е, при введении большого количества пара, в газе уменьшается содержание СО и наоборот увеличивается содержание СОЭ и На- каковое обстоятельство уже отмечалось выше- Кроме того, из той же таблицы видно, что при одной и той же температуре дутья (60 С) качество газа улучшается с увеличением толщины слоя топлива.
Объем газа на 1 кг угля увеличивается с увеличением температуры дутья (увеличением количества вдуваемого с воздухом пара).
Наивысшая теплотворная способность газа была получена при дутье в 6О°С, что соответствует расходу пара в 45%. При той же температуре нагрева воздуха (6О°С) и расходе пара (45%) —получается и наивысший к, п, д. генератора:
1540-3,92
7470
100 ™ 80%.
Особенно же обращает на себя внимание то обстоятельство, что хотя процент разложенного пара и уменьшается с повышением температуры, однако же общее количество разложенного на 1 кг угля пара увеличивается как с повышением температуры, так и с повышением слоя угля,
Весьма поучительны также результаты исследований, проведенных Н, Летппапп’ом.1
i Forschungsarbeiteu Н, 140, Zeltschr. dee Ver. deutech. Ing., 1911, S, 893,
56
Таблица 12
Толщина слог угля 2-я серел 1-л серил
1,06 м 2,13 л 2,39 л
Скорость г иди 1 hi кац и п в час 155 102 к-г'л* 106
Температура плодуха Haeti-щенниг; парим °C 45 i 50 55 60 60 '1 fib 70 75 60 8Б
Объемный анализ газа СО? СО - . „ * , - , -сн4 N3 Всего горючих частей . 2,3’1 зьб 11.6 3,0 :ЧД 46,2 2.5 30,6 Г<35 3,0 М,5^> 46 4,4 2М l-'jO 3,0 40.0 46,6 5,1 ."7,3 15 5 3.0 49,0 45,8 5,25 27,3 166 3 3 47,5 47,23 6,9* 5,4 18 Э 45 9 47.1 9г 15 21,7 19,65 3 4 46,1 44J5 11,65 1ч,3"- 21,8 Зг3“т 4'ЛЗ 43,5 13,25 16.05 2-1,63 Эр 44.55 42,2 16 11 26 3 44 40
Теплотворная способность газа кал*/Л4ч , , 1520 1503 1508 1487 1540 1532 1454 1400 1362 1261
Выход газа [0° 760 лм&) Лр/КЯ Зт78 3,75 3,76 3,83 3,02 3,81 4,01 4,125 4,18 1 1,55 4,19
Израсходовано кг пара на 1 кз газпфицпрб-ванного угля . - , . 0.2 0,21 0,325 0,454 0,45 0,55 0,8 1 1,1 2,48 4.24
То же на 1 ха С фикс, . 0,34 0,36 0,56 0,78 0,77 0,94 1,37 0,49 1,88 2,65
Разложенного пара на 1 кг угля 0,2 0.2 0.93 i 0,34 0,39 0,44 0.57 0.62 0,75
Разложено пара в °/0 - . 100 95 100 76 87,4 80,0 61,4 . 52 40 30
К, п, д. генератора « - 76 74,6 74,9 75 г 80 77,5 77,3 76,6 75,5 69,7
Температура выходя* щего газа 680 680 580 1 620 <« 1 550
Они особенно интересны потому, что при выполнении их была разрешена основная поставленная исследователем цель —применение к генераторному процессу 2-го закона термодинамики, бй
Имея эту цель в виду при изучении условий равновесия реакции: СО + НЙО^± COs + Hr+10410 кал.
необходимо было вести газификацию па коксе, так клк битуминозный уголь, применявшийся в опытах Bone и Wheele’a, давал также большие количества водорода в результате процесса дестил-ляцпи,
Neumann газифицировал кокс в генераторе с внутренним диаметром в 0,47 м, вдувая в него изменяющиеся количества воздуха, содержавшего в свою очередь разные количества пара-
Реэультаты опыта прпв^д^ны в табл, 13 и J 4 в том виде, в каком они извлечены из работ Nemnann'a Н, R, Тгепк1егтом. 1 *
В табл. 13 даны анализы сухого выходящего из генератора газа для 17 различные условий работы (разная скорость газификации, изменяющиеся добавки пара), В табл. 14—для 6-ти средних условий работы генератора (по табл. 13) приводятся анализы из нижней части генератора.
Они дают нам возможность убедиться, насколько получающийся газ соответствует условиям равновесия по вышеприведенной реакции.
Как видно из табл. 14, уже при среднем расходе пара (—0,4 кг на 1 кг углерода) и при температуре ~ 1300° устанавливается равновесие между СО. Нт.0> Нг и СОа в нижних частях генератора (над колосниками), на что указывает близкое совпадение const равновесия реакции, вычисленной и полученной по анализу Газа.
Например для случая 9 (табл. 14) для реакции:
СО 4- Н.,0 С02 4- Щ ± 10 410 кал.
по данным анализа газа const равна:
[СОМНэО] _ 20.22-9.46 [СОа] [Н2] 6,88-10,31 ’ -
Определим const:
[СО ?]. [Н2]
1 [С0].[Н20]
для той же реакции по формуле Нериста:
<?о 8,5-v.JgT
2.3.В--? R -Г 4,6 В 0
Здесь Qo ™ Ю 410, 1220 Ц-273 ™ 1493 1500°С,
ч = 0 (объемы газов в правой и левой части реакции одинаковы); ИЗ SCB™v-3,&4-La-278> при > = п и
S Ср =я — Со — Сц^а 4" t'oo, 4" “* ~~ 6,685 — 8,05 -J" 8,705 4"
4-6,665™ 0,735 3
1 Dipl, Ing. Н, R. Тг ankle г. Die Gaseraeugar, 1923 г,
а Цроф. И. И. Костюков, Tiiiu-ieuKftfl линия, стр. 331.
3 В формулу ЕСр входят теплоемкости газов при 4 = 0, взятие по фиэнно-хиыическим данным проф. М. А. Павлова.
&7 -
Таблица 13
a С о
2
0»ъемый состав сухого газа, выходящего из генератора
Пара -кг/чао
соя СО
Темпера-
тура
газа °C
Сухого Пара в
газа 15°С газе 15°С
.н7час л(3/час
Пара в сыром газе %
Гази ! ициро-вано углерода
I
тгг час кг^час i
1 ГЬ*
о
Г*
£
Й й" й'
1 2 3 4
5 6
7 8
9
Ю, 11 12 13 14 15 16 17
59,6
81,2
101.0
122,1
140,7
148,9
36,8
56,3
81,9
113,4
128,0
147,3
58,5
75,8
98,2
121,8
152,0
0,84 0,91 1,21
1,47 1,55
1,64 0,62 0,65 0,9 0,94
1,57 1,68 0,57 0,83
1,13 1,18
1,46
24,6
24,3
24,2
24,2
24,1
23,2
12,75
12,35
12,5
12,55
13,1
12,5
25,44
25,21
25,41
25,67
25,65
24,84
13,37
13,2
13,4
13,49 14,67 14,18j 0,57 0,83
1,13
1,18
1,46
12,1
11.8
8,8
7,4
6,5
6,9
13,3
10,4
6,6
5,2
3,9
3,8
3,8 I
5,5
3,0
3,0
2,5
16,0
18,0
25,2
23,5
23,9
25,2
16,0
16,4
15,1
14,2
13,1
12,1
13,4 14,3
18,0 11,5
24,9
27,3
20,3
27,6
23,8
24,4
29,0
28,1
29,7
Температуры воздуха для
11,6
10,0
10,8
9,5
1,°
2,9
2,8
2,8
0,6 0,1 0,7 0,6 0,5 0,2
0,2
1,0 0,8 0,5 ОД 0.2 0,1 0,7 0,3
1.1
0,4
55,3
53,4
54.2
54.3
56,0
55,6
58,8
59,1
56,1
57,0
55,9
58,
63,4
66,5
64,9 , 65 0
63,8
420
450
460
530
490
500
350
410
480
510
500
530
360
430
440
520
550
86,3 116.9
144,8
174,1
199,8
211,2
49,8
76,6
112,6
156,6
175,9
201,9
67,1
88,4
116,0
146,0
184,1
24,12
22,8
20,3
18,1
1^,3
12,7
14,7
11,6
9,6
8,8
8,7
11,4
1,8
2,2
2,3
2,2
1,2
21,27
16,4
12,35
9,4
7,52
5,56
22,4
13,18
7,88
5,49
4.76
5,43
2,62
2,4=1
2,02
1,65
0,82
1 I
12 18
17,37
21,32 2\99
30,38
33. 9
6,58
11,08
17,9
25,45
28,82
31,4
9,8
13,3
18,42
23,1
29,55
101
126
156
175
194
38
64
103
147
327 265
211
192
175
383
247
173
125
167 ’ 120
182
57
77
106
134
171
101
10,3
11,5
12,1
10,1
10,1
74
69
65
61
60
58
71
64
58
52
51
48
10
12
13
10
10
2,09 1,45
1,22
0,95
0,85
0,74
2,03
1,19
0,75
0,53
0,51
0,45 0,058
0,062 0,061
0,051 0,049
случая насыщения
его паром
во всех
случаях
мень
действительных.
Таблица 14.
Номер опыта 7 в 9 10 11 12
На 1 м* паровоздушного дутья приходится пара Вдувалось воздуха (760 |5cCj .н3 , . , Объемный состав газа Игр . й - . Ы в самых нижннх ’ia-стях генератора т * * „ N3 TeMDi'paivpa части генератора . 1со]-гад ico.j-iHj ‘ 4 ' Const вычиненная по NernsVy . . , , , Низшая теплотворная способность газа . Газифицировано углерода %г/час . . . . Расход нара на I углерода в яг . . . 0,335 36,8 8,81 11.68 ГМ 2 0,23 2 2, 44,56 11-0 2,47 2 >05 720 7.0 1,82 0,244 56.3 8.39 16, '0 11.39 0, 6 14/55 49,5 ] 1 180 2,42 2.27 863 11,36 1Д05 0,134 81.9 6>8 20.22 >о.:з I 0,27 9Л6 ’2.86 TJ20 2,7 2,42 9l9 17,09 0,708 ОД 40 il;\4 5,26 24,02 9.49 0,28 5,99 5 1,96 Г 60 2,88 2.57 978 25.35 0,495 0,137 1-8 4,73 2. ,35 9,00 0,28 f,28 55.27 1:280 3,(2 2,64 1000 18,6 0, 50 OJ77 147,3 4,11 25,84 9,19 0,29 4j5 56,42 1290 2,84 2,68 1005 33 0 0,879
имеем:
V 0,7^5 Л Л ^ = ^=0,0027.
S Со = — —- 3,6 —|— 3,2 -|— 1,6 = — 2,3,
Подставляя найденные величины, получим:
1g ^1 =
10 410 f 0,0027-1500
4ДГ-Т?6о “Г“ “ cjj
- 2,3 - 1}51 -j-0,44 — 2,3 = — 0,35-
Отсюда
.№J1<Uo447
[CU].[Hau]-°’447'
следовательно
i _ 1 _ етjh2o ]
К, 0,447 [COa)-[HJ
Несовиадание полученного числа с данным по табл. 14 (2,42) и тоже вычисленным по формуле Nernst’a, объясняется невидимому разными величинами, принятыми для теплового эффекта и пр.
Если количество добавляемого пара прибывает (по табл. 14 от 12-го к 7-му случаю), то, как указывает та же таблица, равновесие также может быть достижимо, но при условии уменьшения скорости газификации-
Таким образом существенное значение при достижении равновесия будет иметь время контакта газа с раскаленным углеродом.
Затем сравнение анализов газа (учитывая влагу) по табл, 13 и 14 говорит о том, что хотя газ и продолжает улучшаться при переходе из нижней области в верхнюю, но все же наиболее существенное значение имеют те изменения в составе его^ которые произошли в нижней области-
Н1Л
Тоже обстоятельство, что скорость газификации примеров 10, II и 12 не ниже обычно наблюдаемой в газогенераторах, говорит определенно и о большом практическом значении такого указания.
Так как цель газификации будет заключаться не только в достижении условий равновесия, айв получении возможно лучшего состава газа, то ясно, что необходимо выбирать такие условия процесса, чтобы газ получался ббльшей теплотворной способности, т, е, чтобы из двух реакций:
С 2НаО = СОа + 2На — 17 970 кал-
И
С 4- НаО = СО + Hfl — 28 В80 кал„
последняя имела наибольшее развитие, что и должно достигаться вдуванием определенного количества воздуха (скорость газификации) с определенным содержанием в нем влаги.
Пример 7 тпбл- 14 ясно указывает на то, что одна высокая температура (П20°С) при условии достижения равновесия (т. е-при достаточном времена контакта) не гарантирует газ от больших содержаний в нем СО2 и Н.О: пара в данном случае вдувалось чрезмерно много. Вред больших количеств вдуваемого пара будет сказываться тем сильнее, чем ниже будет слой горючего.
Как об этом говорилось выше, табл. 14 дает наилучшие результаты работы при расходе пара в 0,4хг на 1 # г углерода.
В условиях практики, при учете возможности спекания и оплавления золы, приходится часто вдувать пара значительно больше и мириться при атом с получением газа худшего качества, т. е-допускать работу с меньшим к. п, д. генераторат Такие условия работы неизбежно создаются ввиду того, что те осложнения в процессе, которые происходят от спекания и лаже сплавления золы при малом расходе пара, часто ведут к еще худшим последствиям. То, что устанавливается условиями достижения равновесия табл. 14, очевидно будет приложимо не только к коксу, по и ко ' всякого рода горючему, так как к колосникам всегда будет подходить скоксовавшаяся часть топлива.
Наконец температура, при которой достигаются практически ценные условия равновесия (1220—1280°С), является обычной для генераторного процесса.
Из табл- 14 можно также видеть, что с увеличением расхода пара равновесие достигается при'более низких температурах и при бблыпем содержании СО2 и На в газе, что указывает на большее развитие с понижением температуры реакции;
С + 2НаО = СО2 + 2На — 17 970 кал,
и даже реакции:
СО + НаО = СОЭ 4- На 4- ю 410 кал.
Отсюда ясно, что если мы будем иметь дело с такими добавками пара к дутыо, что его в газе будет оставаться больше, чем это следовало бы по условиям равновесия, то в процессе газифи-
АП
каЦии, при температурах нижнего слоя горючего свыше ИОО^С, мы будем иметь дело как с реакциями:
С — Од = СО^ > СОд + С — 2СО,
так и с реакциями:
С + 2Н2О = СОд + 2На; СОЙ 4- С = 2СО.
Реакция
СОа+С = 2СО
постепенно будет затихать с падением температуры и практически при температуре ниже 800а итти не будет, тогда как реакция
С + 2Н2О = СО, + 2Щ
будет иметь место и при более низких температурах, чем и объясняется высокое содержание СОэв окончательном генераторном газе. Очевидно, что для наилуч м их условий разложения водяного пара, а также и для получения хорошего состава газа вообще, необходимо, чтобы температура низа генератора была выше 1100° С-
Количество газа будет значительно улучшено, если представится возможность поднять ее до 13ОО°С-
Среднюю температуру нижней области генератора, где идут реакции:
1) С + 0э +3,762 NTJ = CO3 +3,762 N2 —97 650 кал,
2) С 4 0,50^ + 1.881 N. = СО+ 1.881 4+29 430 кал.
з) С + 2Нй0 — СО. + — 17 970 кал,
4) С + СН4 + 20 870 кал.,
нетрудно определить расчетом, если известен состав газа. Для примера возьмем состав окончательного газа по табл. 13
под № 10;
С0а. , , . 5,2% СН4 . . - 0,5%
СО . , , , 37,3% Na , _ , . 57%
На . , , . 10%
Разложенных паров для этого случая найдено 88% от поступивших с воздухом,1
Наивысшая температура нижней области генератора, полученная при измерении — 134ОЭС.
кг, следовательно из кокса в коксе поэтому получается
1 Trenkler, Die Gaaerzeuger, стр. flfl.
Это число не увязывается с данными табл, 13.
8 8а 18
В газе имеется паров —(1кг/мол. газа при 15'?С имеет объем 21 л*1) ==
— 6,6 КЗ, Неразложенных 12% от 13.19 тег составляет 1,6 переходит влаги: flr6—1,6 = 5 tf2; содержание влаги 5-100-0.8 , х
—5^77—16°/см т. е, больше обычного.
Взяв влаги в коксе около 8%, будем иметь около 70%.
разложенной влаги дуты
>4
Йудем вести расчет на 1 кз/мол. гааА.
Для 0,273 кг/мол. СО приходится по реакции 2-й: 0,273-1,881 =0,5135 кг/мол. N2.
Следовательно для 1-й реакции остается N3:
0,57 — 0,5135 = 0,0565 кз/МОЛ.
С ним получится СОЯ по 1-й реакции: 0,0565 „ л,, ,
^'^йо-^0-010 А'г/мол-
На долю 3-й реакции остается к получению СОЙ:
0,052 — 0 015 = 0,037 КЗ/МОЛ.,
а с нею по той же реакции образуется Н,: 0,037 2 = 0,074 кз/мол.
Остается водорода в избытке:
0,1—0,074 = 0,026 кз/мол.,
причем газ этого количества пойдет на образование СН4 0,005 2 = 0,01 кз/мол,,
остальное (0,026 —0,01 =0,016 кз/мол.) необходимо допустить полученным из кокса.
На 1 кз/мол. газа приходится углерода кокса:
0,052 4- 0,273 0,005 -|- 0,33 кз/атома.
Поверка на содержание На в коксе. Водорода из чается на 1 кг/мол. газа;
0,016-2 = 0,032 кг.
Кокса израсходовано на 1 кг/мол. газа:
0.33-12
———— ~ 5 К2.
0,8 —
Следовательно, в коксе могло бытьН2:
.'100^0,6%,
5
кокса полу-
т. е. вполне допустимая величина.
Если принять разложенных паров 70%, то на 1 те/мол, газа приходится неразделенных водяных паров:
0,074-30
---—— = 0,032 кгДчол.
При образовании 1 кг/мол. газа развивается тепла по четырем написанным выше реакциям :
0^015'97 650-р 0 273'29 430— 0,0 37 17 970 +0,005-20 890 = 146 V5 + + 8034,39 — 664,89 + 104,35 = 8938,6 кал.
Углерод кокса, спускаясь книзу и будучи нагрет, скажем, до 1000°С приносит с собой тепла:
0,33-12'0,364'1000 — 1441,44 кал.
То же зола в коксе (возьмем в коксе 8О°/оС, 10% золы)
0,33* *12'10'1000'0,2 —----------------L.. — эд кал,
80
Потери на лучеиспускание в рассматриваемой зоне генератора не должны быть выше 1% 1 от всего тепла, развиваемого при горении С кокса, т. е.
0,33'12'8137,5'0,01 =322,24 кал.
Остается тепловой энергии, идущей на нагрев газа:
8938,6 + 1441,44 4- 99—322,24 = 10 156,8 кал.
При нагреве газа на 1300° расходуется тепла:
0,052 ’ 11,75 ’ 1300 + 0,943 ’ 7,27 ’ 1300+0,005 17,58 1300 + + 0,032* 9,139«1300 = 794j3 + 8912,3 + 114,3 + 380,2 =- 10201,1 кал.
Следовательно, средняя температура в нижней з^не генератора (пояс газообразования) будет немногим лишь ниже 1300 С; местами в этой зоне она будет конечно и выше.
Результаты исследования генераторного процесса по работам Bone, Wheeler’a и Neumann’a указывают нам прежде всего на хорошее согласование их с выводами, которые можно сделать на основании работ Clement’a и Adams’a.
Наилучших результатов газификации можно ожидать при соблюдении следующих условий:
1) В нижних слоях горючего в генераторе должна поддерживаться та наивысшая температура, которая допустима по условиям спекании золы.
2) Введение пара в дутье должно сообразоваться со скоростью газификации,
3) Поверхность частиц угля, предоставляемая газификации, должна быть возможно больше,
4) Па каждом горизонте горючего в генераторе температура должна держаться возможно одинаковой.
Дровяной генератор.
Довольно подробное обследование генератора, работающего на дровах, было произведено проф, Н. П* Асеевым,2
Автором этой работы было между прочим впервые установлено понятие о максимальном (относительном) и минимальном (абсолютном) к, п, д. генератора, причем для определения величины этих
1 Как увидим ниже, эти потери обычно преувеличпэа-ются; в счет их относят многие другие неучитываемые потери.
* .Горн, Жури/ т, 1И, стр, lj 1903 г, К вопросу о полезном действии генера-товон*
коэфипиентов берется отношение кл теплотворной способности топлива в первом случае всего тепла, заключающегося в газе (как химического, так и физического), а во втором случае только химического.
£
Рдс. 11.
рПЗрЕ^ ПО СД
Рдс. 12.
рпзрЕЗ по 88
Затем в статье приводятся данные работы шведских генераторов на дровах, торфе и каменном угле, причем во всех случаях обнаружено, что с увеличением времени пребывания топлива в генераторе качество газа неизменно улучшается.
Генератор, с которым
Рис. 13, производились исследо-
вания процесса газификации на Нейво-Алапаевском заводе на Урале, изображен на рис, 11, 12, 13-
Вся высота генератора — от горизонтальных колосников и до завалочной коробки — 6,5 л; высота слоя топлива обычно около 4 л. Объем генератора —13 л\ объем дров в нем — 8,5 л*.
64
Центры отверстий, которые служили для отбора проб газа и для измерения температур, располагались на следующих высотах над
горизонтальными колосниками:
1 , - , М2-,, 0,25 л* 1,00 .
з . , ( 1Л5 р
№ 4 - - , 2.55 ,
^5 , . , ЗД>5 „
Мб . , . 3.9 ,
М 7 , , , .
И н тересно отметить между прочим хорошо сконструированный прибор для отбора газа (рис, 14). Он состоял из двух железных наружных трубок А и С (25 н 50 мм) и внутренней латунной В (наружный диаметр 8 м при толщине стенок в i Массивный конический предохраните ль Ц оказался весьма полезным при продвигании прибора до центральной оси генератора, что — в направлении поперек дров — достигалось с большим трудом.
При расходе воды в 25 л, в 1 мин, прибор оставался совершенно холодным даже при взятии проб газа с горизонта колесников (при температуре в 1300° С>
Температура определялась термо-электрическим пирометром; кр iMe того пользовались химически чистыми металлами.
Средний анализ поступавших в генератор дров:
С.......40,8% Na . . . , 0,30%
, 4,8% Золы , , - 0.48%
Ог , - . , 35,07% Влаги . _ 16,8%
Низшая теплотворная способность их, определенная по Менделееву, 3415 кал.
Сравнение работы генератора без дутья и с дутьем
Результаты работы генера-
тора в одном случае с естест-
венным засасыванием воздуха
под колосниками, а в другом—при искусственной подаче воздуха с давлением 85 — 40 мм водяного столба приводятся в табл. 15,
Таблица 1S,
Условна работы Объеувый анализ гяая f гяэа в вС
cof со сн* NB
Естественная тяга , , * 6,4 28,8 10,6 2.3 51.9 230
Подвод дутья 5,3 31,5 11,6 , 2,4 49,2 335
В обоих случаях газы для анализа брались в боровке М (рис. 12,) При подсчете к. п. д. для обоих случаев получены следующие величины;
Работа без Дутья Работа с дутьем
Мнрпмалышй е. п. д.
78,2 %
75,8 ,
иякспмальный к, п, д,
88,2%
62,8 .
К сожалению, разность скоростей газификации для обоих опытов нс отмечена.
При сравнении результатов работы в двух случаях ясно видно преимущество применения дутья: качество газа заметно улучшается, вследствие повышения температур по всей высоте генератора и улучшается при том в такой степени, что повышение температуры отходящего из генератора газа в случае применения дутья не отрази,лоск в заметной степени на к, п, д. (при дутье он все же был выше, чем без дутья).
Таблица 16.
Работа самодувного генератора — 1-й опит.
Гдз взят па отверстий 1 Па EliJCCTB от • горизонта ко-I ЛОСИНЕ^ м Объемный аиалнв тяда. Теплотворная опособипить вал,/-*3 i гнав р (С
COj, СО н, СП*
1 (сред из5определ ), 0,25 5,4 22.3 1,8 0,1 70.0 733,2 1250
2 (сред г из 5 он редел.), 1.0 2,4 31,8 5,6 0,3 59 0 1138,8 1080
3 (сред, ла 3 о предел,). 1L85 9,2 29,8 11,3 1,5 48,2 1328 700
Боровик (сред, из 9 оаредел,). » а,4 28,8 10,6 2,3 51,9 1348.8 253
Таблица 17, Работа самодувного генератора — опит-
Гав вяът ив отверстий На высоте от горизонта ко* лесника лс Объемный маалв г язя Теплотворна । способность к ал./л1 г г&эа в *С
СОд со сн.
i 1 0.25 ^2 16,7 од 72.7 548,2 Г?20
2 1,9 1.2 83,0 2,6 0s 1 6Э.1 1080,7 1060
3 1,85 8,6 30,8 10.5 1,0 48,0 1294,9 700
4 ——• —- 420
5 4,6 7,4 27,2 9ТО 1,9 54,5 1223,8 400
Боровок 7,& 27,2 9,S 2,2 53.Э 1271,2 247
Таблица 18, работа генератора с дутьем.
Газ взят nj отверстий На и и соте ит горизонта во-лосяиг:а -ч Объемный ьвалнз газа Тепли тв ojrp ая способность мл./я1 О а я «л g
СОВ Oj со на он.
1 , , . ~ . - 2 0,25 1,0 С д; 2,7 гтьем I 0.1 нельзя 30,9 было 2.6 взять 63 ,7 1008.2 1090
3 1,85 7,0 0,2 29,3 14.6 2,5 16.42 U 88,9 неопр.
4 2.55 8.5 0.8 З1 \7 14.5 2.9 43,1 1558.3 6?0
5 3,1 5 5.1 0,2 81,6 П.4 2,0 49.7 1428.4 440
6 3.9 4.7 0.1 8 Г ,8 11,0 2,0 50,4 1427,2 430
7 4.6 4.9 0.1 3 \2 10 7 1,8 50,3 1420,0 320
Боровок 5.3 - 8 Г .5 11.6 2.4 40,2 1464,8 316
При большей высоте дров в генераторе с применением дутья к. п, д. его был бы несомненно еще выше вследствие лучшего охлаждения генераторного газа по выходе его.
Состав газа и распределение температур по высоте генератора.
Изменение состава газа и его температуры по высоте генератора определялось в двух отдельных опытах:
1) при работе генератора, как самодувного,
2) при искусственной подаче воздуха под колосники.
Изменение состава и температур для первого случая указаны в табл, 16 и 17, для второго — в табл- 18.
При работе генератора с естественной тягой процесс наибольшего развития реакций с образованием окиси углерода завершается в сравнительно небольшом объеме генератора от горизонтальных колосников и до уровня второго отверстия, т- е. простирающемся на высоту до 1 м\ по расчетам автора исследования объем этот составляет не больше 15% полезного объема генератора или 10% полного объема его.
Следовательно область подготовки при газификации дров имеет очень большое развитие.
Примерно то же самое может быть сказано и относительно генератора, работающего на дутье, но для него найдено необычное вообще для процесса газификации увеличение содержания СО и уменьшение С03 по направлению к колошнику. Это повидимому надо объяснить какими-нибудь причинами характера чисто случайного, 1
Автором исследования обращено внимание на регулярно повторяющиеся во всех опытах колебания содержания азота в газе — от максимума в пробе из первого отверстия к минимуму в каком-то среднем слое генератора, и снова ко второму максимуму из последнего отверстия.
1 Едва ли указанное изменение состава газа около колошника можно объяснить наличием в газе свободного кислорода ио всей высоте генератора.
Это наводит его даже на мысль, что быть может выгоднее было бы отводить газ из генератора в том месте, где он беднее всего по содержанию азота, следовательно, где его получается наибольшее количество 1 и где теплотворная способность его в большинстве случаев будет также наивысшей.
Такое колебание в содержании азота с теоретической точки зрения надо считать вполне естественным, так как в начале газификации будет итти к своему оптимуму реакция:
СО, + С —2СО, вследствие чего относительные количества азота в газе (процентное содержание его) будут уменьшаться. По достижении оптимума написанная реакция будет постепенно замедляться в своем ходе и наоборот сильнее будет иметь развитие обратная реакция:
2СО^С+СОг,
ведущая к уменьшению объема газа, т, е. к увеличению процентного содержания азота.
Замеченное Н, П, Асеевым явление обнаруживается и в других исследованиях. Например, в табл, 8 и 9 (исследование Wendt/ом процесса газификации каменного угля с вдуванием пара и без него) мы также имеем минимумы с содержанием азота.
В особенности обращает на себя внимание минимум табл, 9 и именно потому, что в ней даны результаты работы генератора с вдуванием пара,
Мы считаем необходимым отметить здесь, что минимум азота совпадает с максимальным содержанием в газе не окиси углерода, а водорода и углекислоты (табл. 18), и причина этого заключается в том, что согласно закону Le Chatelier, несколько позднее реакции:
СО3 + С = 2СО — 38 790 кал,
идут также к своему оптимуму реакции:
1) С + НйО—>СО^-На— 28 380 кал, (реакция водяного газа),
2) С + 2На0—^СОо4-2Н2 — 17 970 кал.
3) СО + ЩО—>СОа + Н2+ 10 410 кал.
Во всех трех реакциях углерод для своего горения берет кислород не из воздуха, а от паров воды, вследствие чего относительное содержание азота в газе будет уменьшаться, а калорий-4 ность сухого газа будет увеличиваться по двум причинам:
1) от уменьшения содержания азота;
2) при умеренном количестве добавляемого пара, например при одинаковом развитии 1-й и 3-й реакций, т, е, при учете ..вдной только 2-й реакции, как результирующей 1-й и 3-й — от развития этой эндотермической реакции (превращение тепловой энергии в потенциальную).
С дальнейшим увеличением добавляемого пара вторая причина улучшения состава сухого газа, постепенно теряя свое значение,
1 Абсолютное количество азота в газе, поступающего почти исключительно жа воздуха, остается неизменным в процессе, ев
отпадает наконец (сильное развитие 3-й экзотермической реакции), да и первая сказывается в меньшей степени (объем получаемого водорода по 3-й реакции меньше, чем ио 2-й),
Следователь^ о, должны существовать определенные условия для количества добавляемого пара, при которых сухой газ будет иметь максимум тгплотворной способности,
Непрореагировавшая, а остающаяся по законам равновесия влага в газе значительно ухудшает качество его (см, исследования Nen-шапп'а).
Из сказанного ясно, что при изучении причин изменения состава газа из разных мест генератора по высоте его, необходимо каждый раз определять и содержание влаги в нем, так как она дает нам возможность судить о ходе генератора, а следовательно и о преимущественном развитии той или иной из написанных выше реакций, имеющих существенное значение в процессе.
Вообще же изучение ni ичи,н изменений в составе газа по высоте генератора чрезвычайно затрудняется вследствие выделения при Дестилляции топлива летучих состагных частей его.
Совершенно не представляется возможным точно учесть, когда начинается это влияние и в какой степени оно сказывается при переходе от одного исходного пункта генератора к другому.
Если учесть (табл, 17), что летучие должны заметно увеличивать теплотворную способность генераторного газа, то становится например ясным, что ре?ко обособленный максимум теплотворной способности пробы газа при минимуме содержания азота в нем (табл. 18) говорит за то, что заметная часть высококалорийных составных частей летучих присоединилась к газу до снижения в нем азота к минимуму, еще больше способствуя таким образом уменьшению его содержания.
В других случаях (табл. 16 — газификация без дутья) газ с минимумом содержания азота не имеет максимума теплотворной способности, так как большая часть летучих успела выделиться по-видимому в верхних горизонтах генератора,
В результате повышения температур в генераторе с дутьем мы имеем сокращение области подготовки горючего, что вполне понятно. Ясно также, что при дутье полезно повышать слой дров в генераторе.
Вопрос об отводе газа в том месте генератора, где он получается с наибольшей теплотворной способностью и в наибольшем количестве, в отношении дровяных генераторов нередко осуществлялся на практике, но никто еще не доказал пользы такого устройства гаэоотвода,
В нашей личной практике нам пришлось иметь дело с отрицательными сторонами такого изменения отвода газа; всякое, расстройство в ходе генератора в значительной степени скаэывалось-на качествах газа именно в случае отвода его не у колошника. В особенности же это обнаруживалось при резком спускании по каким-либо причинам топлива, т. е. в тех случаях, когда создавались условия для получения очень горячего газа с большим содержанием углекислоты в нем. При длинных обычно на Урале газопроводах такой газ, охлаждаясь при подходе к печи, резко ухудшал работу ее.
Вообще же надо сказать, что при более низком, чем у колошника, отводе газа из генератора мы неизбежно будем иметь дело со следующими недостатками:
1) с ухудшением подготовки топлива за счет физического тепла газа,
2) с уменьшением к, п, д. генератора вследствие удаления более горячего газа,
Между прочим, в своем исследовании Н. П. Асеев коснулся вопроса об изменении состава газа в газопроводе при охлаждении и о значении футеровки вообще,
В длинных газопроводах с понижением температуры теплопро-нзводительная способность газа уменьшается вследствие преимущественного развития в системе, согласно закону Le Chatelier и Vant-Hoffa, экзотермических реакций, причем в результате содержание СОа в газе увеличивается.
Футеровка при длинных газопроводах не предохраняет газ от охлаждения, а поэтому, по мнению исследователя, применение ее не может считаться рациональным,
В отношении длинного газопровода дело обстоит конечно так, но вопрос о футеровке получает другое значение, если говорить о коротком газопроводе.
Наиболее рациональной газификация дров может считаться тогда, когда это горючее поступает в генератор искусственно вы* сушенным (физнческим теплом топочных газов в сушилах), а газ направляется из генератора в печь по возможно коротким футерованным газопроводам для уменьшения потерь:
1) его теплотворной способности (меньшее развитие экзотермических реакций в системе),
2)'его физического тепла,
3) от конденсации более легких углеводородов.
Скорость газификации.
В двух предыдущих отделах мы видели, насколько важным фактором для газификации является время контакта раскаленного углерода с реагирующими газами, или, что то же, время пребывания топлива в генераторе. Впрочем, вводя это понятие, чаще всего говорят о скорости газификации, разумея под этим термином коли* чество топлива в кг, сгорающего в 1 час на 1 площади поперечного сечения генератора.
В простых топках под паровыми котлами под напряженностью (скоростью) горения разумеют количество топлива, сгорающего в единицу времени на 1^ площади живого сечения колосниковой решетки. Но там мы имеем дело с малой толщиной топлива; в этом случае свободная площадь между колосниками оказывает гораздо ббльшее сопротивление движению воздуха, чем относительно мелкий слой топлива,
В генераторах нам приходится считаться как раз с обратным явлением: слой топлива достигает иногда весьма значительной толщины, а кроме того между колосниками и несгоревшим еще слоем скоксовавшегося горючего допускается, с целью предварительного нагрева воздуха и выжигания оставшихся частиц кокса, так на
зываемая шлаковая подушка. Оба эти условия создают значительно бблыпее сопротивление проходу воздуха через шлак и топливо, чем через прохолы между колосниками, поэтому вполне естественно и необходимо относить скорость газификации не к живому сечению колосниковой решетки, а к поперечному сечению всего генератора.
Скорость газификации, как мы в этом убедимся ниже, изменяется в зависимости от многих факторов, но Ч1ри вполне определенных условиях работы генератора, определенном сорте топлива, определенной добавке пара, определенном типе генератора, степени его механизации и пр., наилучшие результаты с технической и экономической точек зрения получаются при некоторой определенной и обычно практически устанавливаемой скорости газификации; Однако производственные условия вынуждают иногда прибегать и к менее выгодному, форсированному ходу генератора, а поэтому и сам генератор должен конструироваться с некоторым запасом и притом таким образом, чтобы возможна была перегрузка в работе, иногда достигающая 1ОО°/о нормального хода.
В дальнейшим под скоростью газификации мы будем разуметь среднюю (скажем за сутки) скорость газификации при нормальных наиболее выгодных для процесса условиях.
Скорость газификации управляется следующими главными факторами, каждый из которых более или менее зависит от других.
1) Сорт топлива!
а) степень сортировки его,
б) натура, в) влажность, г) зольность^
2) Проектное выполнение генератора^
Топливо,
Величина кусков. Крупные куски топлива способствуют образованию более крупных промежутков между ними, благодаря чему уменьшается сопротивление проходу газа через слой топлива, В то же время, имея при одном и том же объеме, по сравнению с малыми кусками, меньшую поверхность, крупные куски требуют более продолжительного времени для газификации, а при определенной скорости газификации слой топлива из крупных кусков должен быть выше, чем из' мелких.
Таким образом величина кусков топлива управляет до некоторой степени и толщиной слоя топлива.
Практически мы обычно не имеем в распоряжении генераторного процесса одномерного угля, и скорость газификации будет меняться в зависимости от того, насколько равномерно распределены по всей массе угля куски неодинаковых размеров.
Наконец, чем больше в общей массе угля будет мелких кусков топлива, гем ниже будет скорость газификации в виду выдувания вместе с газом из генератора мелких частиц угля,
В табл. 19 в виде примера даются скорости газификации для некоторых сортов топлива (данные Rambnsh'a).
Таблица 19.
Сорт топлива, о уклзалнем величины и у сков
Битуминозный уголы
1) Промытый орешник 25 —50<1ьк....... « « . .
2) Мелочь ниже 40 -u.it с 20% частиц, проходящих через отперстпе в (5 <мм .....................
3) Размер 20 -ши с 5Ои/о мелочи, проходящей через сито в 6 лмг ,...........
Коне 35 4bit — 20-ua* « i i i « « - * • i
Кокс 20 iJiMt с 50% мелочи, проходящей через сито
в G Jkw . .... х
Скорость газтгГ пкацои jtr, м‘л чао
126
106
87
145
72
Натура топлива- Та или иная степень спекаемости угля в заметной степени отражается на скорости газификации. Наилучшая скорость газификации получается при слабоспе кающемся угле. Значительно хуже газифицируется совершенно не спекающийся уголь, в особенности если он содержит много мелочи или когда он растрескивается при нагревании (некоторые разновидности русского антрацита).
При сильном спекании угля скорость газификации, еслине принимать надлежащих мер, неизбежно падает вследствие образования при спекании больших глыб кокса, затрудняющих правильный проход газа. Образованию таких глыб и даже мостов из кокса с пустотами под ними может воспрепятствовать тщательная ручная, а самое лучшее — непрерывная механическая шуровка коксующегося слоя топлива.
Содержание влаги в топливе. С влагой приходится считаться или в сортах топлива, изготовляемых из древесины (дрова, пни, сучья и др.)т или в ископаемых горючих, молодых по геологическому возрасту (лигниты, бурый уголь, торф).
С целью получения из очень влажного топлива газа наилучших качеств необходимо утилизировать тепло газа, полученное им в нижних слоях генератора для выпарки и удаления влаги из топлива в верхних слоях генератора., прежде чем это топливо спустится в область высоких температур.
Одно только средство существует для выполнения этого условия—давать топливу в генераторе достаточную толщину.
Для одного и того же сорта топлива (дрова, Торф в пр.) с различным содержанием влаги скорость газификации может быть допущена одна и та же, но высота слоя горючего — различная, в зависимости от содержания влаги; чем больше влаги в топливе, тем больше времени потребуется для подготовки топлива, тем выше в генераторе должен быть слой его.
Содержание золы в топливе. Только в дровяных генераторах нам не приходится иметь затруднений с уборкой золы в виду ее трудноплавкости. В громадном большинстве случае в битуминозный уголь дает золу, размягчающуюся при температуре генераторного процесса, а местами переходящую через пластичное состоянне^даже в жидкое. В таких случаях зола может образовать большие комья
70
и глыбы и, налипая на стены генератора, образовать мосты с пустотами под ними. Все это содействует плохому и неравномерному распределению газа по сечению генератора, понижению скорости газификации, если только не будут своевременно приняты меры к отламыванию м стов и умалению кусков и больших глыб спекшейся или спланнвшейся местами золы.
В некоторых случаях осложнения с золой могут быть созданы или неумелой шихтовкой засыпаемого в генератор угля, или небрежной работой при шуровке. .
Могут например смешиваться два сорта неодинаково газифицирующегося угля, в таком случае зола быстро газифицирующего угля попадет в область высоких температур угля, медленнее газифицирующегося. Неизбежным последствием смешения такого разнородного угля будет образование больших глыб спекшегося шлака.
Затем, если уровень золы над колосниками чрезмерно повышается, а уровень засыпки горючего наоборот понижается, благодаря чему слой угля с наивысшей температурой может местами оказаться ниже слоя золы, спекание последней в глыбы также неизбежно.
Очевидно, что во всех случаях главной причиной образования больших скоплений спекшейся золы является повышенная температура; поэтому, чтобы образование их было наименьшее, необходимо соблюдать следующие условия:
1) отрегулировать так область наивысшей температуры, чтобы она не приходилась на то место генератора, где происходит обращение топлива в золу;
2) отрегулировать количество пара в отношении к количеству воздуха так, чтобы наивысшая температура в генераторе была ниже температуры плавления или даже размягчения золы;
3) для достижения той же цели уменьшить скорость газификации.
Последнее, условие, ведущее к понижению производительности генератора, не является экономичным. Чю касается второго условия, то несомненно, что, пользуясь добавкой пара, всегда можно уменьшить спекание золы* но с другой стороны—неосторожное пользование паром может быть причиной следующих недостатков в процессе:
1) уголь может не сгорать полностью, в особенности, если слой топлива в генераторе низок;
2) может не получиться наилучшего к. п. д. генератора.
При введении в генератор пара образующиеся в нем комья и глыбы шлака делаются более рыхлыми и мягкими, а поэтому легче убираются.
Влияние конструкции генератора.
Из предыдущего ясно, что всякого рода механические приспособления для погрузки угля, шуровки, передвижения шлака и уборки его всегда будут способствовать увеличению скорости газификации вследствие устранения тех причин, которые создают условия, ухудшающие процесс газификации.
Расчет генераторного газа на каменном угле.
{По методу проф^ В, Е. Грум-Гроюимайло) Ч
В верхней части генератора происходит процесс сухой перегонки внесенного в генератор топлива, в нижней части — горение твердого продукта сухой перегонки (кокса, угля) при участии кислорода воздуха, засасываемого или вдуваемого в генератор. Определенной границы между этими двумя процессами не существует; наиболее трудно выделяемые продукты сухой перегонки удаляются уже во время горения угля.
Помимо реакций, свойственных этим процессам, имеют место также и реакции взаимодействия между газообразными продуктами обоих процессов.
Если предположить, что углерод скоксовавшегося топлива сгорает на колосниках только в СО, то по/реакции!
С + - (Оа+. 3,762 Na) = СО-|-1,881 N2-|-29 430 кал.
развивается на:
1 -|- 1,881 = 2,881 етг/мол. CO-|-NE
29 430 кал. тепла; прибавив сюда тепло, приносимое к колосникам раскаленным углеродом кокса, идущим на образование 1 ка/мол. СО т е
12-0,371 -1 100 = 4884 кал. 3
получим общий приход тепла:
29 430 + 4884 = 34 314 кал.
Полагая, что около 20°/о этого тепла теряется на колосниках (лучеиспускание и конвекция), имеем тепло, идущее на нагрев 2,881 Кй/МОЛ. СО—|—
34314 X 0,8 = 27 451,2 КЗ.Т,
которое дает возможность определить и температуру нагрева газа у колосников.
При нагреве его до 1400° расходуется тепла:
2,881-7.315-1400 = 29 504,4 кал,,
при нагреве до 1300° расходуется:
2,881-7,27.1300 = 27 228,3 кал.
1 Ж. Р. Oi Л* 3, 1^10 г. Алгебраический расчет состава генераторного газа.
Нельзя считать этот метод расчета газа лучшим в сравнении с другими (например методом проф. Н. Н. Доброхотова). В данн м случае применение его вызывается скорее соображениями характера чисто педагогического — приучение учащихся к ведению планомерных расчетов.
а Принятая температура накала углерола кокса на колосниках в 1100° на 210° меньше определенной ниже температуры газовой фазы — 1310°, так как между газовой и твердой фазами разница в нагреве будет не меньше, примерно 200й.
74
Следовательно, при таких условиях работы, на колосниках примерно развивалась бы температура:
,_1ЧПП ’ (27 451,2 - 27 228,^-100
29 504,3 —27 22s, 3
= 1310° С,
т, е. температура, достаточная для расплавления чугунных колос-пиков, чего конечно следует избегать.
Вместе с тем сильно нагретый генераторный газ, увеличивая количество теряемого физического тепла по пути от колосников генератора до места потребления, влияет на уменьшение к. п. д. генератора.
Эти два условия заставляют понижать температуру в йижней части генератора путем развития на колосниках вндотермической реакции разложения паров воды раскаленным углем^
КЬтод расчета, предложенный проф- В. Е, ГрумТржимайло, и заключается в подсчете теплового баланса между реакциями горения на колосниках и реакцией разложения водяного пара с определением количества последнего, задаваясь предварительно температурой, допустимой у самой поверхности колосников.
Последняя берется не ниже 1000 , так как при более низких температурах увеличивается количество нераэлсжившейся СОИ и ЩО, т. е. продуктов полного горения, следовательно, бесполезных частей генераторного газа.
Процесс, идущий в генераторе, может быть, примерно, предста
влен следующими реакциями:
1) идущими в верхней части генератора:
СО+ n20llRp = С02 + П2+ 10 410 кал. (1)
С + 2П2 = СЛ4 + 20 870 кал. (2)
FeS2 = FeS + S — 10 700 кал. (3)
2) идущими в ^нижних частях генератора:
С + о.б ‘ о2 = СО 4- 29 430 кал. (4)
FeS + 1,5«Ой = FeO % SO2% 117 713 кал. * (5)
С -L Нй0дар = СО + Н2 — 28 380 кал. (0)
Что касается до распределения углерода между составными частями генераторного газа, заключающими углерод, то ввиду того, что процесс, протекающий в генераторе, еще недостаточно изучен, задаются этим распределением по практическим данным, считая, что по объему газ содержит около 30% составных частей этого газа, содеря:ащих углерод, т. е. СН41 СО, С0а 1 2 3 и что на долю СНЧ приходится от 1/30 до 1/10 всего углерода, заключающегося в этих газах, на долю С02 — от 1/10 до 1/4, а остаток углерода при
1 При более точных расчетах следовало бы принять во внимание и образование Fe SiOa, т, е. брать реакцию:
FeS-j-l^-Og + SiOj — FeSiOa + S02 + 127 793 кал.
3 В равных объемах этих тазов находятся одинаковые количества С, следовательно, произвольные объемы указанных газов пропорциональны весовому содержалпю в нпх С.
ходится на СО (тяжелые углеводороды в виду незначительного со* держания их в расчет не берутся).
В табл. 20 дан состав угля в процентах по весу, в частях 1 кг, затем в переводе на яг/молч а в последнем столбце с поправкой по Дюлонгу,
Кислород угля связывает:
0,00269 X 2 = 0,00538 кг/м о л. На;
свободного П2 в угле остается;
0,027 — 0,00538^0,02162 АЗ/МОЛ.
Всего На0 в каменном угле находится;
0,00100 + 0,00538 = 0,00838 AV/МОЛ,
Таблица 20,
Состав в % по в ее,у В частях 1 Хг Переход к №,мол. (•иг/а ч) Поправка по Дюдонгу
С 73Д (1.735 0,7 5:12 =..0.0(1! 25 0,0612а
IL 0,4 0,0э4 0,054; 2 = 0.02700 0,02162
0. 8,6 0,(г(3 0,0*6 ; 32 = О.ООЗС9
Hob 5.4 0,0:>4 0,054 — 0,00300 0,00*38
N3 1,8 0,0.8 0,018 :28 = 0,000:54 0,00064
s 1Д 0,01 i 0,013; 32 =0,00041 0,00041
Золы 4,0 0,010 м
Итого 100.0 1,000
Состав генераторного газа.
1) СН.(. Положим, что на образование его идет 1/20 всего С, > тогда его получается:
= 0,00306 К0/МОЛ.,
причем на колосниках этого газа не будет.
2) СО^ Па нее идет, положим, 1/7 всего углерода; тогда этой составной части газа получается;
= 0,00875 кг/мол.
и то же только вверху генератора; на колосниках образования СОЭ не предполагается.
3) СО, Ее образуется на колосниках:
0,06125 — 0,00306 = 0,05819 кг/МОЛ.,
а в газопровод переходит:
0,05819 — 0,00875=0,01944 кг/М0Л.
4) Щ Под колосники вводится, предположим, X Я2/М0Л. Нэ0, тогда на колосниках, по реакции (6), образуется х кг/мол. Цэ; по реак
ции (1) кроме того получается 0,00875 we/мол. Н3 и на угля переходит 0,02162 we/мол,; на образование СН^ расходуется по реак ции (2):
0,00306 2 = we/мол.
Таким образом имеем всего в газопроводе На:
0,00875 + 0,02162 — 0,00012 -}-£== (0 024254- ж) кг/МОИ,
5) S6 и SO2. Сера угля по реакциям (3) и (5) распределяется поровну; в температурных условиях верхней области генератора молекула парообразной серы заключает 6 атомов. Следовательно, на колосниках серы нет, а в газопроводе имеем;
о 0,00041
Se — — — 0,00008 we/мол.
£ 4 и
В газопроводе и на колосниках имеем S02:
0,00011
---— = 0,00021 кг/мол. й
6) Na. Азот получается по реакции (4):
(0,05819 —а?)-1,881 =(0,10946 — 1,881 -х) кг/мол.
По реакции (5):
1,5• 0,00021.3,762 = 0,00119 кг/мол.
Добавив сюда Na каменного угля
0,00064 кг/мол.
имеем всего N2:
0,10946 —1,881-а?4-0,0011294-0,00064 = (0,11129 —1,881-а?)кг/МОЛ.
В газопроводе азота будет:
(0,11129— 1,881-ж) кг/МОЛ,
На колосниках:
0,11129 — 1,881 -X — 0,00064= (0,110 65 —1,881 * SB) »а/МОЛ.
Распределение генераторного газа.
На колосникам В газопроводе
СН< ........нет............... ... 1 ... . 0,00306 етг/иол.
СОЭ х . 1 - 1 1 нет................ . . г 1 О/Ю875 „
СО х . 0,05819 КЗ/ИОЛ ................. 0,04944
Н3 сс кг/мол ............ (0,02425 гг) .
86.........нет . ......................... ОД 0(13 *
SO3 . . 0,00021 кг/мол..................0,00021
Na . (0,11065— 1.881 се) кз/иол . .... . (0,11129 — 1,881 ст.) _M_U|________________________________• • А-
Итого................ (0,19703 1,881 cr) tfa/мол.
Обычно в 1 ж3 сухого газа заключается влаги в количестве от 30 до 60 е; берем 45 г или 0,045 we, что дает:
0,045
——— = 0,0025 we/мол.
Н0
На 1 кг/мол. газа влаги в таком случае приходится;
0,0025-22,4 = 0,056 кг/МОЛ,
Всего влаги в газе газопровода будет заключаться;
(0,19703 — 0,881 х)-0,056 = (0,01103 — 0,04934 ж)ке/М0Л.
Рассчитаем по этим данным количество пара, которое нужно доставить под колосники.
ПдО необходимо! по реакции (6) А А . , . . ............ . я кг/мол.
по реакции (1) . . . . , . . . . . . 0/0875 *
Имеется во влажном газе . . . . . . . . -(0,01103 — 0,04934.7.) F
Всего израсходовано Н20 « . . - - . . * (OTOi978 -j- От9зО6б ат) кг/мол.
Имеется Н30 в угле . . . i i i - „ . i . . i - i . . 0,00838 „
Необходимо доставить Ha0 A A • « . (0,0114-]-0/5066 я) кг/мол.
Из этого количества влаги по реакции (6) на колосниках расходуется х кз/мол., следовательно поднимается неразложенной от колосников вместе с газом, показанным под рубрикой на колосниках ;
0,01144-0,95066-Х — Х = (0,0114 — 0,04934-х) Кй/МОЛ. Н20.
Предполагая температуру на колосниках не выше 1000°, найдем количество тепла, которое уносят с собой кверху газы указанного состава, нагреваясь до 1000°,
Расход тепла:
СО 4- H3 + N2.(0,05619 + X +0,11065 — l.R81-a:)-7,135-1000 = 1204,67 — 6205,935-3;
H,0......................(0,0114 — 0,04934 я;)-8,7n-lOOli = 09,75— 431,725.х
S02...............................О,№021-11,Э|7 1000 = 2,3S
Итого кал. , f . , 1306,8— 0717/6 - сс
Приход тепла:
1) Реакции выделяют тепла:
Реакция (41.........(0,05819 — Хр 29 130 1712,53 ~ 29 430^ кал.
Реакция (fl) . . . . . , х — 28 38 = — 28 380^® кал.
Реакция (5) . i i i , х 0,0,041 24,13 кал,
& _________________
Итого 1 « . 1 1730,06 — 57,810 х кал.
2) Кокс приносит с собой тепла!
’ (0,06125 — 0,00306)-4,356 1000 { = 253,48 кал.
Всего прихода тепла по двум статьям:
1990,14 — 57 810-я каЛ-
Полагая, что 20% этого тепла расходуется на колосниках (лучеиспускание и конвекция), а 80%—на нагрев газа( имеем уравнение :
0,8 (1990,14— 57 810^)= 1306,80—6717 66 х.
1 Правильнее было бы при нагреве газа в 1000а взять нагрев кокса не выше 4 600е, так как газ до своей температуры нагреть всю массу кокса не успеет^
7Я
Решая его, получим;
39 530,34-я = 285,31; х = 0,00723 кг/мол.
Столько разлагается паров воды на колосниках; такое же количество кг/мол. получится и Н2 в результате разложения,
В табл. 21 дан состав газа в газопроводе в кг/мол., в процентах и наконец по весу.
На 1 кг каменного угля приходится влажного газа в л*3;
0.20133 22,4 = 4,51 Лэ( 1
следовательно, 1 ле3 влажного газа весит;
4,8283 , л„ .
1 -= 1,0V1 кз.
4,51
Сухого газа получается;
0,20113 — 0^1067 = 0,19066 кг/мол., ИЛИ:
0Д9066 22,4 —4,27 м3.
Вес сухого газа:
4,82830 — 0,19206 = 4,63624 кг.
Один куб. метр сухого газа весит:
4,63624
4,27
=1,086
кг.
Нетрудно вычислить, что состав сухого газа будет таков:
СН4........................1,0 %
СО*........................4,59%
СО . 25,93й о
Нг.........................16,51° о
.........................0.02%
Таблица 21.
к?* мол, г ке *
сн< 0,00300 1,52 0.О0306 х 10 == 0,04896
со3 ............ 0,00475 1/J5 0,00875 X 44 = 0,38500
со ............ 0,04^44 24.50 0,04944 X 23 — 1Д8432
Hs 0,02425 + 0,00723 = 0,031 48 15.64 0,03148 X 2 = 0,06296
Зе 0,00003 0,01 102 = O.OU05B
SOo 0,00021 0,10
N, 0,11129 — 1,881 -0.00723 =O,OQ769 48,52 0,09769 X 28 2.73532
нэ0 0,01103 — 0,04934-0,00723 = 0,010iT 5.30 0,01007 X 18 = 0.19206
0,20133 100,00 4,82930
SO3.................O,1jo/0j
N3...................51,24%,
S...................100o/0.
1 Эти числа, как указывалось выше, надо принимать условно; сами по
себе они ае верны* 11
На 1 лсэ сухого газа приходится влаги;
019206
^27- = °,О45
кг
или 45 г, что и задано.
Количество пара, вдуваемого под колосники на 1 кг угля;
0,0114 + 0,95066 -х = 0,0114 0,95066 0,00723 ~ 0,01827 кз/мол.
или:
0,01827*18 = 0,32886 кг,
Т. с. около 33%.
Расход первичного воэдуха-
Азота воздуха израсходовано при газификации:
0,09769—0,00064 = 0,09705 кг/МОЛ.;
по нему О2 воздуха:
0,09705:3,762 = 0,0258 Кг/МОЛ.
Итого воздуха:
0,09705 4- 0,0258 = 0,12285 я'г/МОЛ-или:
0,12285*22,4 = 2,75 м3 на 1 кг угля.
Расход вторичного воздуха.
Для сгорания полученного газа Ой воздуха расходуется:
сн4 4-203 =СОа-|-2И30 . . . 0,00306 ‘ 2 = 0,00612 л^'мол.
2СО + Оа 2UOa............0,049 : 2 = 0,02471
2ИЛ -|-Оа =2[J2O.......... 0.031 2 = 0,01574
8, +0OK.J = 6SOa........*6 = 0>°0°30 ,
Итого..............0,01678 кй/мол.
N3 воздуха:
0,04678-3,762 =0,17599 кг/МОЛ.
Итого воздуха:
0,046784-0,17599 = 0,22277 кг/МОЛ.
ИЛИ:
0 22277-22,4 = 4,99 жэ.
Общий расход воздуха (первичного и вторичного):
О,12285-|-0.22277 =О,34562 кг/МОЛ. (7,74 .И5)- * 2
1 Правильно характеризующими газ числами будут;
11 количество сухого гада, приходящегося на 1 кг топлива я
2) отнесенное к 1 лсэ сухого газа (0°С, 760 jut) количество влагй в газе.
80
I
.........0,06125 х?/мол. °0310? — 0,01081
и.
2,5
, . ода.Ш' =о,оосы
Почерки расхода воздуха.
При горении каменного угля в условиях обычной топки потребуется Ое воздуха:
Для горелая в Г
Р
Итого....................0,07257 хр-мол,
С кислородом израсходуется N.2:
0,07257 X 3,762 0/27301 #2/М0Л.
Всего воздуха пойдет:
0,07257 I 0,27301 — 0,34558 /га/мол.', т. е. разница с в ышеопр еде ленным— 0,00004 кз/мол.
Определение температуры нагретого генераторного газа.
Выше было найдено, что реакциями (4), (5) и (6) выделяется тепла:
1736,66 — 57 810-я кал. = ’736,66-- 57 810 0,00723 = 1318,69 кал. Реакция (2) выделяет: 0,00306 20 870 — 63,86 кал.
Реакция (1):
0.00875110 410 = 91,09 кал. Всего.., 1473,64 кал.
Расходуется на испарение воды: 0,00338 X 1() 703 89,71 кал.
По реакции (3): 0,00011 о
—6- X 16 /00 — 3,4’2 кал.
Всего . - 89,71-1’ 6,42 93,13 ка.ъ
Окончательно в приходе остается тепла:
1473,64 — 93,13= 1380,51 Кал.
Считая все потери тепла для всего генератора в 40%, имеем, что на нагрев газа остается:
0,6 ‘ 1380,51 =828,31 Кал.
1 По реакции FeSa 4- 2,50-j = FeO -[- 2SO3 на 1 кз/атом S приходится CL —-*"‘-4- »з/мол.
£
О 1
При нагреве газа на 600° расходуется тепла:
СН4....0,00306- 13.33.000= 24,566 кал,
НнО.....0,01067 0,393-600= 53.731 w
СОа Т1 SO;» . , 0.00893-10,518-60 । = 56,'-45 в
На, Na Н СО . 0,1786b 6.955-600 = 745,840 .
Итого. . . 880,182 кал.
При нагреве на 500°:
СНЧ............0.00^06-19,78 -500= 19.553 кал.
Ну)...........0,0£067 8,325-50' — 44,414 ,
С03н30а. . 0.00896-10.278 -500 = 46,045 „
Н5, Na. СО ,0,17861- 6.91 -500 — 617.098 »
727,110 кал.
Искомая температура нагрева газа:
t _ 5оо + .=72741Н£2
t— 500+ 850,18 — 727,11
= 566е С.
Состав и количество продуктов горения генераторного газа.
При горении газа (табл- 5) получаются следующие продукты горения (в яг/мол и кг) на 1 кг угля:
кг/ мо л.
кг
С Оз . . . 0.00306 + 0.00^75 + 0.04944 — 0,06125 X 44 — 2,69500 Н,0 . - 0.00812 -j- 0.03148 + 0.01067 = 0,04827 X 18 = 0,8-3086 SOa...................................- . 0.00011 X 34 = 0,02624
N3 ................. 0,09760 + 0,17599 = 0.27368 X 28 = 7,(6304
Итого > 0,38361 кг/мол. 11,25314 кг.
Продуктов горения получается (.и3):
0,38361 х 22,4 = 8,593.
Бес 1 лг3 продуктов горения:
назн=1>31кг1
8,593
Числа 8,593 и 1,31, отнесенные к О°Си 760мм давления, условные.
Теплопроиэводительная способность генераторного газа.
Газ, приходящийся на 1 кг угля, сгорая, выделяет тепла:
СО...................0,04944-68 J20 — 3371\70К0 кал.
CHt.............. .0,00306-192400= 588,7440 »
Hs...................0.03148 57810 = 18j 9,8588 р
S..................., eggoo = 14,5090 кал,
Итого - . , 5795,7086 кал.
Теплопроизводительная способность влажного газа:
5795,7086
4,51
=: 1285 кал.,
82
сухого:
5795,7086
4,27 1
кал*
Материальный баланс генератора*
В газификацию поступило (приход):
Каменного угля............................ 1.00000 кг
О3 па сжпгаипе его в газ........0,0258X^2—0,82560 ж
NjCHHM.................... - 0.09705 X 28 = 2,71740 ,
ЩО доставлено под колосники * 0,01827 1 X 18 = 0,32886 р
Итого
* 4,87186 к-е
При газификации 1 кг угля получено (расход):
Газа генераторного ***._.*_>.**«* 4,82830 кг
Золы................................ 0,04000 ,
03 на FeO золы *......0,5-. 32 = 0,00328 .
Итого * - * * 4,87158 кг
Разница в О,0ООЗ кг — ничтожна*
Тепловой баланс генератора.
Всего при генераторном процессе в результате всех экзо- и эндотермических реакций развивается тепла 1380,51 кал.; кроме того генераторный газ несет с собой потенциальный тепловой энергии — 5795,71 кал*, следовательно, всего при сжигании 1 кг угля получается тепла:
1380,51 + 5795,71 = 7176,22 кал*
При непосредственном сгорании в простой топке с теоретическим количеством воздуха
От сгорания С . -В, . ,
получается тепла:
* . . 0 06125 97650-=-5981,0625 кал* * . .0,03162-57810 = 1249,8522 ,
- „ . „ 69800 = 14,9090 ,
. . . 117713 = 24,1312 ,
По реакции (5) : FeS
Итого * 7269,3549 кал.
Скрытая теплота испарения НаО:
0,00838-10705 = 89,71 кал.
Теплота, затраченная на разложение FeSa:
°.!0^041 ,16 7оо =3,42 кал.
Следовательно, горение развивает всего:
7269,35 —(89,713,42)= 7269,35—93,13 = 7176,22 Кал. * з
1 0.01140 -|- 0,95066-ас 0,01827 ке/мол*
з По роакцпп (5) FeS-р 1,5'Оз — FeO + кал,
88
Определение теоретических температур горении.
А) Газ и воздух холодные. Продукты горения нагретые до 1700^, содержат тепла:
И SO. * (0,06135 -i 0,00641)-12,14b Г 00 - 1272,04 кал.
Е .0............0Л8927 ' £8*Э-1700 810,09 „
U.............. 0,27308-7,45 -1700 - 3460/6 *
Итого . - . 5549,79 кал.
Нагретые до isocf содержат:
СОдИ S0-. . . (0.06125-/0,00041)-12,299-1800 — 13?9,Э9 кал, Н30 ’.................. 0.04827-10.1101800 =l 878,94 „
N\...................0,27368 7,495 1900 3692,22 р
Итого . . * 5929?54 кал.
Искомая температура горения будет равна:
1700 : = I 765СС,
5929,54—5549,79
U) Газ и воздух нагреты до 1100° G. (Условия работы мартеновской печи.) Расход воздуха 1,25 теоретического, т. ел
0,22277 ‘ 1,25 = 0,27846 ст/мол,
ИЛИ 0,27846-22,4=6,24 м\
На 1 ж3 влажного газа приходится воздуха: 6,24:4,51 =1,38 лР.
Газ, нагретый до и00е приносит с собой тепла:
СН4.......... 0,00306Л6.38 1100 --^55,14 кал,
1Ь + ^Д-СО . . . 0.17861 -7.1й-1100 — 1410,66 „ (;02 -|-S0n. . 0,00896-11,477 1100= Ц3:12 А Г5,0 * . \ . 0.01067 <8,866-1100 = 104,06 „
Итого 1682,90 кал.
Воздух, нагретый тоже до 1100^, приносит тепла:
- 0,27846-7,222‘1100 = 2212,15 кал.
Всего вносится тепла при горении нагретых газа и воздуха:
5795,71 1682,98 4 -2212,14 = 9690,83 кал.
Продукты горения, нагретые до 2500° содержат тепла: СО.-!-SO.. . . 0,06166.12,66 -2500 — 1951,51 кал.
"Н.О . . 0,04827-12,425’2500 — 1499,39 .
Ю , . , ,0,31768- 7,81 .2500 — 6-02,70 ,
/ О'- , , , ,001169’ 8,01 -2500= 234,09 ,
Итого . , . 9887,72 кал.
1 0,27368 0,25-0,17599 = 0,31768 И-г/мол,
г 0,25-0,04678 = О.ОНбЭ'кг/мол. '
? Нагретые до 2400^:
CO34-SOs, - * 0,06166 12,515'2400“ 1866,82 кал. НдО . * . * 0,04827-12,015'2400 = Ц91,91 „
Na......... 0.81768' 7,765-2400 = 5920.28 >
Ос......... 001169- 7,965’2400= 228.47 »
Итого . - 9102,48 кал.
. (9690,83 — 9402 - 48) 1.00 9837;72’^9402Д8
= 2459° С.
Поверка избытка воздуха по содержанию О«и дыне,
Таблица 22*
Состав продуктов горения-
Обоэега.- чен1ад По рисчоту ! бВъом i * % Состав по объездому , ЕШа;глу,< (Opt;.ft) и % Ла
со3 НпО so3 N. 0: 0,06125 0,04827 0,00041 0.31768 0,01169 18,94 10,99 0,09 72,32 2,66 15,68 (0,0612;?) 81.38 (0.31768) 2.99 (0,01169) 0.061 5 X 44 = 2.69500 0,04827 X 18 = 0,86886 0,Of г041 X 64 = 0,02624 0,317^8 X 20 = 0,895О4 0,01169 X 32 = 0*37408
0,43930 100,00 100,00 (0,39002) 12,85922
На 1 кг угля дыма приходится (условно): (1,4393-22,4™ 9,84 .if3*
На 1 влажного газа приходится продуктов горения? 9,84:4,51 = 2,18 л&3*
Вес 1 продуктов горения:
12,85922 : 9,84 1,307 №*
При объемном анализе генераторного газа (прибором Орса) mi получим следующие составные части в процентах объема анали зируемого газа:
СН< со, со
На
N3
* 0,00306 . 0,00875 . 0,04944 * 0,03148 , 0,09769
К? МОЛ. — 1,61% 1
> 4,6070 У 32Г1Й%
. 25,97% j
» 16.53%
» 51*29%
0,19042 кг/ мол. 100,00%.
По данной ранее формуле для избытка воздуха в процента?
лк
где 01 и N2 — содержание этих элементов в дыме (2,99°/0; 81,33), а
32,18 „
===2>05’
10,Ьз
находим:
79
2,99*—*100
т* е. расчет произведен правильно.
Коэфициент полезного действия генератора.
При горении генераторного газа может быть использована
1) полностью его потенциальная энергия (5795,71 кал.) и
2) полностью, отчасти или совсем не использовано физическое тепло, уносимое им с собою (828,31 кал.)*
Поэтому истинный к п4 д4 генератора, в зависимости от степени использования физического тепла газа, будет находиться между максимальным к4 п. д. — в данном случае равным:
5795',71+,^-100 =92.3%
7176,22
и минимальным:
00 = 80,8%.-
Относительная выгода использования физического тепла газа стоит нередко в связи с необходимостью конденсации паров воды газа, понижающих, как мы уже это видели, его теплотворную способность.
Этот вопрос подробнее будет затронут ниже.
Минимальный или потенциальный коэфициент, показываю-щий отношение потенциальной энергии газа к потенциальной энергии топлива, был бы еще меньше, если бы мы не использовали часть тепла на колосниках генератора для разложения 0,00723 ка/мол-паров воды и не улучшили бы состав газа на 0,00723 ля/мол* Нв, т.-е, он был бы равен:
5795,71 -0,00723*57810 = .
7170,22 * /0'
Наоборот, потенциальный коэфициент можно поднять выше полученной'величины в 80,8%, если мы смогли бы еще увеличить
. II I I I 1-Г»
1 Понятие о максимуме и минимуме к. а. д- введено про ft. Н. П. Асеевым.
3 Если бы из 1 кг чистого С мы получили бы идеальный газ (34,7% СО, то потенциальный коэфициент его был бы'
S-100’7^-
кг.
количество разложенных на колосниках паров воды (или вводимой извне С0г) эа счет нового притока тепловой энергии. Такую дополнительную тепловую энергию можно получить Двумя путями:
1) нагревом воздуха и
2) обогащением его кислородом.
В последнем случае избыточным тепло при горении является потому, что меньшее количество его приходится затрачивать на нагрев балластной составной части газа — азота.
Это уменьшение инертной составной части в газе и в дальнейшем будет иметь ряд ценных преимуществ, заключающихся в следующем 1
1) меньшее количество газа уносит меньшее количество физического тепла, следовательно, меньше будет потерь тепла по пути;
2) для нагрева газа потребуются меньших размеров регенераторы ;
3) теоретическая температура горения газа будет выше;
4) меньшее количество тепла уносится с дымом и т. д.
По какой бы причине ни увеличивалась потенциальная энергия газа — будет ли это происходить от использования излишнего нагрева газа у колосников, обогащения воздуха кислородом или просто от нагрева воздуха—следствием увеличения ее будет также увеличение к. п. Д. генератора, так как при этом уменьшается или количество газа, или температура его как по выходе из генератора, так и в газопроводе.
В приведенном расчете газа из каменного угля учитывались для упрощения не все приходные, а также расходные статьи материального и теплового балансов.
Так в расходной части материального баланса весь углерод показан поступившим в газ, тогда как всегда определенная часть его переходит в смолу, сажу и остается в генераторном шлаке. В последнем углерод находится в виде запутавшихся в нем кусочков кокса, не успевающих выгореть даже при самом тщательном уходе за генератором.
В тепловом балансе не учитывались:
а) в приходе — количества тепла, поступающие в генератор вместе с паром и дутьем;
б) в расходе — теплосодержание смолы, сажщ кокса, золы.
В производственных балансах генераторного процесса все эти статьи должны учитываться.
Ниже, в виде примера учета балансов с указанными статьями, приводятся материальный и тепловой балансы генераторного процесса, взятые из работы Clements(a.1
Минимальный (потенциальный) к. п. ц. генератора — 70,3%, максимальный—70,3 4- Ю#1 -г2>3 = 62,7%.
Обзор расходных статей теплового баланса генератора.
В предыдущем отделе был приведен материальный и тепловой баланс; составленный в производственных условиях (по работе ClemeiitB’a).
4 • 4
I 1-г-Х пч
W Ti W А Л < M • —
}
I
Материальный баланс.
1 Приход । i п’о Расход й. Г" %
Уголь сухой Влага угля Влажное дутьо * * . * Пар Невязка 802 12.6 953 1? 5.3 ОД 21,9 0,9 оч 7,7 — Газ (сухой) Влага газа Смола Салта Зола 1270 61,3 19 9,5 18£2 93,2 4,4 1Д 0.7 1.3 «•
Итого * , 1378 юцо Итого . * 1378 100,0
Тепловой баланс,
•К р и х и кал-.:ч 2 400Г)00 67 600 | 1 300) гм f р 4 с X О Д I % 1 i
Теплотворная способность угля Тепло, вносимое паром Тепло, вносимое влажным воздухом - * . . 97,2 '2,8 ! Химическое тепло г;;за 1 750000 70,3 Физическое тепло газа 250000. 10,1 Teri.то, уноспмоо i ^aroli газа 57 900 2,3 Теплотворная способ- ность смолы ... * 178000 7,2 Геплотворлая способность сажи 69000 2,8 Теплотворная способ- i кость кокса в шлаке 1 51000 2Д Внешние потеря (луче- J □ спускание, конвек- 1 лил и пр.) по разности j 128 000 5,2
Итого . * 2468 900 1 100,0 1 Итого , ,- • >2 468 9С0 100,0 1 ' 1
Чтобы иметь достаточно основательные данные для критического отношения к таким балансам (в особенности к тепловому), надо вообще хорошо ознакомиться с теми расходными статьями генераторного процесса, по которым распределяется та часть потенциальной тепловой энергии газифицируемого топливаэ которая получается после вычета из полной тепловой энергии топлива потенциальной (химической) энергии газа} получаемого из него.
Таким образом при такой постановке вопроса мы будем иметь дело с минимальным или абсолютным к, п* д. генератора по тер-минологии проф. IL П. Асеева или, как мы считаем более правильным назвать его, потенциальным к. п* д.> так как такой термин лучше определяет сущность этого коэфициента, 1
При изучении различных условий, влияющих на изменение величины этого коэфициента, лучше всего генератор выделить из всей системы приборов, обслуживающих его (паровой котел для пара, механический двигатель для дутья и пр.) и рассматривать
1 Называть его минимальным неудобно, потому что велцяпна его может изменяться.
его, как самостоятельную единицу, другими словами, иметь дело с к. п. д- не всей системы, а одного только генератора.
Потери тепла, от которых будет зависеть величина потенциального к. и- Д* генератора, могут произойти по следующим причинам:
от влаги, содержащейся в топливе;
от смолы в продуктах газификации;
от изменений в размерности кусков топлива;
от образования сажи при газификации;
от изменений состава золы;
в частности, от потери тепла радиацией, конвекцией и теплопроводностью в окружающее генератор пространство;
от утечки газа;
от уноса тепла газом, покидающим генератор, в форме физического тепла газа.
Влияние влаги*
Большинство битуминозных углей содержит так мало влаги, что выпарка ее немного лишь понижает к. п. д. генератора; но некоторые сорта топлива, как дерево, торф, лигнит и пр., имея значительное содержание влаги, дают сильно пониженный к. п, Дг*
Пример. Возьмем^торф с содержанием влаги в 50% и с теплотворной способностью теоретически сухого вещества 4000 кал. При работе в генераторах на таком горючем будем иметь температуру генераторного газа около 150° С.
Если газифицировать абсолютно сухой торф, то температура отходящего газа будет не ниже 500° С.
На 1 хе теоретически сухого торфа получается 2,5 газа; при теплоемкости его в среднем около 0,3 имеем излишне израсходованные на нагрев газа при газификации сухого торфа:
2,5-0,3 (500—150) = 262 кал. тепла.
На испарение воды и на перегрев ее до 150° С потребуется около 650 кал., следовательно, при газификации сырого торс^а потеряется для процесса тепла больше на:
650—262 = 388 кал.,
которые должны быть возмещены сжиганием сухого топлива.
Учитывая, что обычно в генераторе 40% всего развивающегося в нем при газификации тепла расходуется на внешние потери, имеем количество сухого торфа, которое необходимо сжечь для покрытия 388 кал.:
388*100
0,6.4000
«= 16%
от того количества, которое было бы израсходовано, если бы влаги в нем не было.
Числа табл. 23 дают величины потерь на выпарку воды из топлива, рассчитанные таким же образом для сортов горючих с разной теплотворной способностью и разным содержанием влаги.
Таблица 28.
Содержи вне влаги в сырим топливе 7а Теплотворен способность теоретлтеского сук'аго Топлипе
Sooo 7000 8000 гоао 4000
10 0,^6 0,98 1,14 1,37 м
20 1,95 2,23 2,6 3,12 3,9 ,
30 3,35 3,83 4,47 5,36 6,7
40 5,21 5,95 6£95 8,35 10,4
50 7,81 7£93 10,4 12,5 16,0
Влияние сколы, выделяющейся при газификации.
Содержание смолы, получающейся при газификации, колеблется в широких пределах — от нуля при антрацитах и коксе до 10—15%.
Если принять теплотворную способность смолы около 8000 кал., то для топлива с такой же теплотворной способностью процентное количество получающейся при газификации смолы будет вместе с тем выражать и процент потери от теплотворной способности топлива вследствие перехода части его в смолу. При том же самом проценте отхода смолы, но при теплотворной способности топлива в 4000 кал., будем иметь уже потерю от теплотворной способности топлива вдвое больше числа, выражающего процент отхода в смолу. ч_
Влияние размерности топлива.
Выше уже указывалось, что величина кусков топлива сказывается на шсорости газификации и конечно на качествах газа, а так как и то и другое влияет на величину к. п. д, генератора, то косвенное влияние на эту величину производит и изменение размеров кусков топлива.
При очень большом количестве мелочи в топливе возможна и прямая потеря ее в виде пыли и мелких частиц, уносящихся с газом, В этом случае мы будем иметь непосредственное влияние топлива на уменьшение к. п. д. Так как потеря мелкого топлива с выходящим газом будет зависеть от скорости газа, то при топливе с большим количеством мелочи необходимо соблюдать следующие условия:
1) держать температуру газа возможно ниже, так как скорость отходящего газа при этом будет также меньше;
2) делать пространство над топливом в генераторе возможно большим, что имеет в виду ту же цель.
Во всяком случае при принятии указанных мер большая часть крупных частиц угля будет оставаться в генераторе.
Указанные условия надо в особенности иметь в виду, когда приходится газифицировать сорта топлива, растрескивающиеся вскоре после введения их в генератор.
Следует также учитывать, что при лежании на открытом воздухе многие сорта угля подвергаются разрушению (размельчению). Ввиду этого необходимо, чтобы все складочные места для угля
(перевалочные и просто для хранения его) были закрыты сверху. Это безусловно необходимо также и для уменьшения содержания влаги в угле, остающейся в нем после дождливых дней-
Влияние образования сажи (пыли).
Получение сажи находится в зависимости от употребляемого топлива, так как сажа получается главным образом вследствие разложения при высоких температурах смолы на газ и углерод (сажу).
Количество сажи уменьшается в значительной степени, если питание топливом производится равномерно по всей поверхности, в особенности если слой топлива не очень мелкий.
Потери от пыли и сажи могут доходить до 7% веса израсходованного топлива, а так как теплотворная способность сажи примерно будет такая же, как и топлива, то таким же процентом будет выражаться и потеря теплотворной способности топлива.
Влияние золы.
Следующие четыре фактора, так или иначе связанные с золой топлива, влияют на термические потери топлива:
а) состав золы топлива;
Ь) количество золы в топливе;
с) количество несгоревшего топлива в золе из генератора;
d) физическое тепло, теряемое с горячей золой.
а) Подробно о спекаемости и плавкости золы мы будем говорить в отделе о свойствах золы и работе генератора с расплавлением золы в жидкий шлак; здесь же достаточно будет сказать, что, так как та или иная добавка пара к воздуху связана с тепловыми потерями генератора,1 то и состав золы, который вызывает эту добавку, не может не отразиться на изменении к. п. д- генератора.
Ъ) Так как содержание несгоревшего углерода в золе тем труднее удержать в определенных пределах, чем больше золы в угле, то ясно, что количество золы имеет не малое значение при учете тепловых потерь топлива.
с) Количество сухой золы, взятой из генератора, всегда больше золы, найденной по анализу; разницу дает пестревший при гази? фикации углерод, удаляющийся вместе с золой. Количество его при данном сорте угля зависит от опытности обслуживающего генератор персонала и от скорости газификации.
Если не принимать во внимание первое условие (опытность рабочих), то для данного генератора содержание углерода в золе может увеличиваться не только вследствие усиленного спекания золы, 2 но и вследствие введения, во избежание спекания, чрезмерных количеств пара, так что дутье в таком случае получается настолько влажным, что уголь не сгорает надлежащим образом в эоне окончательного озоления топлива. * 3
* Например увеличение невыгорающего кокса в золе вследствие большое добавки пара и пр.
3 Несгсфевпгие частицы кокса запутываются в спекшихся массел-
Отсюда видно, как сильно могут меняться оперативные условия ведения процесса газификации; поэтому дать какое-нибудь указание определенного характера относительно углерода, допустимого в золе, весьма трудно.
Может быть однако установлено, что для битуминозных углей, подходящих для генераторного процесса и содержащих до 15% золы, допустимо (предполагая надлежащую заботливость при обслуживании генератора) иметь в удаляемой золе углерода,
Для топлива с теплотворной способностью в 6700 кал%г, при 10% золы с содержанием в ней углерода в десять же процентов, термическая потеря выразится в 1,33%, при 15% золы к том ясе (10%) содержании С в ней — 2%.
Потери эти не так велики для битуминозных углей.
d) Зола уносит с собой весьма незначительное количество физического тепла. Если допустить содержание золы в 20%, температуру е<* даже в 4ООЭ С, то при теплоемкости волы в 0,2 потери выразятся:
0,2-0,2*400^16 кал.,
что при 6700 кал. теплотворной способности топлива дает термическую потерто от теплосодержания топлива в 0,24%.
Влияние потерь тепла па радиацию, конвекцию и теплопроводность.
Так как обычно при составлении тепловых балансов расход тепла по этой статье определяется по разности между общим приходом тепла и всеми другими расходными статьями, то к рассматриваемой статье надо относиться с особой осторожностью, так как на величине ее могут отразиться как ошибки, бывающие при расчетах, так и не принятие во внимание, а в действительности существующие другие статьи расхода.
Вот почему у прежних исследователей можно встретить чрезмерно большие величины для внешних потерь.
' Kaiuhnsh дает пример расчета тепловых потерь на радиацию, конвекцию и теплопроводность для генератора с наружной поверхностью в 46,5 со средней температурой кожуха в 97“С- при наружной температуре воздуха в 15°С.
Согласно формуле Стефана Больцмана, потери тепла на радиацию и конвекцию находятся пз выражения:
L =. 10
где 2,8 — фактор радиации; At = 3,5 — фактор конвекции при средних атмосферных условиях; L— потери тепла вследствие радиации и конвекции в кал.%7 час.; Тр и Та— абсолютные температуры кожуха генератора и наружного воздуха; и ta— действительные температуры их.
Подставляя приведенные выше величины имеем:
Z = 2,8 (3701 — 2881) 10”в 3,5 (97— 15)13Э = 1123,14 кал./.и^/час..
Вся потеря в час равна:
.1123,14-46,5^52 200 кал.
Если в генераторе в час газифицируется кг угля с теплотворной способностью 6700 кал,, то вычисленная выше потеря СО' ставляет от потенциального тепла топлива:
52 220%00 _
<3700-1000 °5 8 ,сь
Такие подсчеты дают нам возможность убедиться в том, что действительные потери на радиацию н конвекцию значительно ниже тех величин, которые обычно даются в балансах. Чаще всего эти дотерт оцениваются в 1—2%, изменяясь в зависимости от атмосферных условий, а также от размеров генератора и скорости гази-фикацпи-
Чем больше производительность генератора (размер ек>), тем меньше приходится на 1 кг газифицируемого угля наружной поверхности его, тем меньше следовательно будет и величина внешних потерь. Последняя будет при данном генераторе уменьшаться с увеличением скорости газификации, вследствие того, что температура кожуха если и возрастает при ускорении газификации, то далеко не в той пропорции, с какой может возрастать скорость газификации.
Если в генераторах применяют жакеты для предупреждения образования крупных спекающихся маис золы, то потери на радиацию могут доходить до 8,5%, что и необходимо учитывать в балансах, если теплом нагретой воды не пользуются.
Влияние утечек газ и.
Эти потери могут быть подразделены на:
1) периодические потери при шуровании,
2) постоянные потери в стыки.
Насколько первая потеря может быть значительной при углях, сильно коксующихся и с легко спекающейся в комья золой, т. е. при условиях, требующих усиленной шуровки, можно видеть из того, что на ручную шуровку при этом уходит до 10%, всего рабочего времени у генератора. В худших случаях эта потери в химическом и физическом тепле утекающего при шуровании газа надо оценивать в несколько процентов от потенциальной тепловой энергии топлива.
Постоянные потери объясняются плохой чеканкой шва? и завш сят кроме того от разности давления внутри генератора (газопровода) и снаружи. Чем чище газ и больше поверхность газопровода, тем выше эти потери.
В общем по обеим из указанных причин потери на утечку могут колебаться от 0,5% до 2% от потенциально!! энергии топлива.
Ясно, что при механической шуровке потери газа на утечку сильно понижаются.
Влияние температуры гааа( выходящего ни генератор а.
Эта статья потерь — самая крупная из всех других; в отдельных случаях по нем может теряться до 25% от всего тепла топлива, в лучших условиях до Ю—15%,
Тепло, уносимое сырым газом» правильнее учитывать по двум отдельным статьям;
а) тепло уносимое сухим газом и
б) тепло уносимое влагой его.
Во влагу газа поступают: неразложенный пар дутья» влага топлива и влага от сгорания водорода топлива.
Чем больше будет в газе неразложенного пара, тем больше будут потери тепла, уносимого в виде физического тепла пара, имеющего общую температуру с газом. Этот факт всегда подтверждается вопреки тому, что температура газа вообще ниже при бблыпем проценте неразложенмого пара.
В отделах расчета каменноугольного газа мы достаточно под-ь робно говорили о том, как важно для улучшения результатов работы генератора увеличивать потенциальный к. п. д. его за счет уменьшения физического тепла, уходящего из генерал о ра газа. Переводя таким образом тепловой вид энергии в химический, мы конечно будем иметь в .результате газ лучшего состава.
Учитывая это, мы можем определенно сказать» что состав газа всегда является для данного топлива мерой к. п. д. генератора.
Конечно физическое тепло отходящего генераторного газа может быть так или иначе использовано и вне генератора—на подогрев воздуха, на парообразование и пр., но несомненно, что та часть его, которая может быть израсходована в самом генераторе на развитие эндотермических реакций с целью повышения потенциальной энергии газа, будет использована значительно лучше, чем если бы она была использована вне генератора.
В последнее время физическое тепло газа утилизируется для предварительного подогрева горючего до его газификации, и в новых генераторах» с низкой температурой отходящего газа, это успешно выполняется, так что с газом теряется иногда не больше 2 — 3% тепла топлива, в то время как теплотворная способность газа увеличивается на 10% и более.
Ниже в отделе генераторов будут приведены примеры газифи^ кации с использованием физического тепла газа для парообразования; там же будут даны сведения о наиболее совершенном приеме газификации топлива при низких температурах.
Потенциальный к. п. д. генератора может быть увеличен, как об этом говорили выше, путем использования не только тепла чрезмерно нагретого газа, получающегося в процессе газификации, но и тепла» искусственно вводимого в генератор (нагревом дутья) или сберегаемого в нем (обогащение воздуха кислородом).
Необходимо только сказать, что при этом увеличения к. п. д. генератора можно ожидать только в том случае, когда все тепло— вводимое или сберегаемое — будет расходоваться на эндотермические реакции разложения пара или углекислоты; в противном случае избыток тепла пойдет на нагрев газа, что поведет не к увеличению, а к уменьшению к. п, д.
При рассмотрении разных статей потерь тепла по расходному балансу было отмечено, что все они, кроме потерь в виде физического тепла газа, могут вычисляться непосредственно в процен-
94
тах теплопроизводительной способности топлива. Что же касается физического, равно как и потенциального тепла газа, то их удобнее вычислять, исходя из объемной меры газа. Зная процент тепловой энергии топлива, переходящей в газ (т- е< физическое и химическое тепло его), а также отношение физического тепла газа ко всему теплу, заключающемуся в газе, легко определить как процент потери тепловой энергии топлива на физическое тепло газа, так и потенциальный к. п. д< генератора.
В табл. 24 и 25, составленных по Rambush'y, приведены балансы для работ генераторов на разных сортах топлива с указанием потерь по всем расходным статьям. Па основании этих данных вычислены потенциальные к. п. д. генераторов. В табл. 24 приведены
Таблица. 24,
Ans.ifia А х&р&ктернстйС.г ТОПЛИВ Й. Битуминозный уголь Литра, цмт 1 Торф Дерево
1 2 3 4. б
i
Влаги 5 5 5 40 30
В сухом веществе:
Золы 12 8 5 18 3
Летучих , 30 31,5 5 50 71
Всего С . . . < 72 80 87 50 47
С фиксир 55 56,5 34 24
на 4,5 5,0 5.5 5,8
Теплотворная способность абсо-
лютно сухого топлива кал. 1кг 6580 6860 7840 4620 47601
Размеры кусков
топлива: f
Выше 13 Jt.ii 60 94 100 Кускп Поленья
От 13 до 0 мм 20 4 u
Ниже О jut 20 2 —“
Смолы (полученной в малени-
вой реторте) % . . . . - . 7% 10 8,5
Отношение теплотворной способ- •
ности смилы к теплотворной
способности топлива . . . . 1,3 1,25 1,8 1,75
Холодный г а а:
СОа 9 8,3 7Л 20 11
СО 22 210 24 0 9 20
сщ 3 5.0 1,2 3,3 3,3
на 18 20,5 16,5 21 16
$ . 48 45 2 50,8 43Д 49,7
Кал,/#г 1394,6 1593 1262 1103,6 1307,4
Температура выходящего газа . 700 150 700 150 250
Влаги в сыром газе (э/и*3) . . . 110 60 40 600 450
С в золе < . . . , Ю 10 20 12 10
Получение смолы % 4 10 7,’ 7,5 Л .
1 Очевидно плотная лиственная порода дерева.
95
анализы газифицированных материалов и полученных газов с их характеристикой; в табл. 25 — результаты работа по балансу.
Под № 2 в таблицах приведена работа генератора с низкой температурой отходящего газа (150 кал.), о чем ' говорилось выше. В результате такой газификации мы; имеем большое количество смол и высококалорийный газ. Кроме наивысшего к. п. д. такого генератора надо учесть следовательно и возможность использования смолы.
Потеря в пыль в случае I велика, вследствие большого количества мелочи в угле, но бросается в глаза сильное уменьшение потерь по этой же статье в случае 2 вследствие значительного понижения температуры отходящего газа.
Таблица 25.
1 Г печи 7iнт,/ii-г л и ’Г1ТНЫ потерь Н % TC-n.'IOTXJ С-170 60 С постя тоилпиа !>.гн y|-O,'lL А итрпцкт ' Торф ирной Дсреко
Потери от влаги .-><-<-„ „ смолы и 4 пыли п сажи . - - * Внешние потерн радиацией . . . р р от утечки . . . 1 ' 0,5 5,3 ! 3,0 1,6 . 1,0 I 1.0 bl 13,0 0.3 1,0 1,0 1,0 3 0,3 0 од L2 2.0 9,5 14,0 1Д <5 1.Г) 1,5 5 6.0 1В/) 2.0 0,5 1,5 1,5
Итого Остается в газе в виде физического п потенциального тепла Расчетные данные: Физическое тепло сухого газа кал/лр . . . Физическое тепло пара в га?»е . . 12,3 87-7 228 ; 36 j 17,0 SB;O •u 46 4 5,0 65.0 224 14 32,5 675 * 50 42 1 24,5 «*TS« ♦ « ««• • w ♦ ♦ 75Д 79 51
Итого физического тепла в гаке, а) Потенциальное тепло газа . . Ь) Все тепло газа (фазпч, и по-тепц.) Отношение -у .100. ...... 264— 1394,0 1658,6 : 84’/,, 1 1 50 1503 1543 i)7 233 1262 1ЗД 8* 92 1103.6 1195,6 92,4 1 so 1307,4 1437,4 89
Потенциальный к. п. д, генератора 73,7> 80.5 76,8 62,4 67,2
Вычисленная потеря ci физического тепла газа 4 1 ( 14.0 -г 2,5 15,2 5,1 8,3
* 87,7 0,84 = 73.7%.
2 87,7 — 73,7 = 14%_
ЯК
Потери в смолу при торфе и дровах не ниже, чем в случае 2, несмотря на меньшее в лабораторных условиях получение смол для топлива 2; это объясняется меньшей теплотворной способностью торфа и дров.
Количество и качество газифицируемого в генераторе газа.
В табл. 20 приведены главнейшие реакции, которые имеют место при газификации топлива, с указанием количества получаемого газа (л3), его теплотворной способности (кал./л^), а также расхода при газификации воздуха (л3 на 1 п С) и пара (кг на 1 С) при условии:
1) введения в генератор одного воздуха, предполагая состав его: 29 объемов О3 и 71 оСгьем N3;
2) введения в него одного пара.
Табднца 2G.
Реакция с воздухом пли пяром Получено гаи а п;« С Потенцпелызис 'гепгто холодного газа (0^760 jl.ii) Расход воздухл ,рг* в а 1«;г С Рлсход плрп г; на 1 С
.ч J С + (X + 3,762 N. С02 + 3.702 N3< ]2С-|-О2 + 3,76 ^д = 2СО 4-3,762 Na [С + Нп0 — со + fl,, (С 4- 2Йа0 С02 + 2Щ 8,9 5,37 3.73 5,6 0 1058 2813 1721 8,9 4.45 1,5 3,0
Из сопоставления чисел табл. 26 ясно, что чем больше будет вводиться воздуха при сжигании углерода топлива, тем больше получим газа по объему (азот по 1-й реакции) и тем меньше получим теплотворную способность газа (увеличение развития полного горения по 1‘И реакции). Таким образом содержание азота в газе служит мерилом как качества газа, так и величины к. п. д. генератора: с уменьшением содержания азота увеличивается как то, так и другое.
Введение пара, сокращая расход воздуха, понижает общее количество газа, увеличивая его теплотворную способность; следовательно то, что сказано было в отношении азота при воздушной газе, еще в большей степени будет приложимо к газу, полученному при паровоздушном дутье.
Только при чрезмерном количестве введенного водяного пара мы будем иметь дело с ухудшением качества газа.
Переходя к более подробному выяснению факторов, влияющих на качество газа, необходимо учесть, что сам по себе процесс газификации топлива идет без затраты на него тепла, а поэтому ясно, что чем больше будет всякого рода тепловых потерь при процессе газификации, тем в большей степени мы будем вынуждены сжигать углерод не только в окись углерода, но и в углекислоту, т. е. сжигать его полностью.
Ниже перечислены главные факторы, которые будут влиять с вышеуказанной точки зрения на качество газа.
Содержание влаги.
Было уЖй показано, что при содержании в торфе 50^/q влаги необходимо полностью с^ечь около 16% его дополнительно для того только, чтобы выпарить и удалить влагу,
Очевидно, что чем вы ото содержание вл1гн е топливе, тем хуже будет по составу газ.
Наилучшим средством для улучшения состава газа будет предварительное (до газяфигащш) высушивание топлива. Еели по каким-нибудь условиям этого сделать нельзя, то единственным средством для улучшения состава газа будет увеличение толщины слоя топлива в генераторе е целью использования в возможно большей степени физического тепла (аза для выпарки и удаления воды.
11з табл. 27: составленной на основании опытных данных, полученных при газификации бурого угля с большим содержанием влаги (57%). при разной толщине топлива,1 видно, как резко сказывается изменение толщины топлива на результатах газификации при бблыпем содержании вдагя в топливе,
Та (ми да 27,
I ЦцИИ1ЧН 1 ЛГгж Л4К«г — tr lT !
Толщин Toanutft Те с пературд и ых 1} :| j 11 Li? и со. (i и :! 1| biГг aiia.'i*' CD 1 ra-j& сщ 7ельт11)тлорпй?1 стз и < Mitin сеть. )ЧН111 А
F50 470 9 3 МД' 3,6 0,6 ' 348
900 МО 9.2 — > З.о 6,0 о.о t!50
I 000 7,3 1S.B 12.-2 1,2 97-1
1200 145 9. л - СО "ГП 13 1177
1300 135 9,0 — 23,0 од Ц29
I ЗУ) Ci О 9.3 ОД 23,3 11,9 13 1135
Кроме того, необходимо сказать, что при недостаточном использовании физического тепла горячего газа мн всегда будем иметь дело е тем, что сырое горючее будет спускаться в область высоких температур и, снижая их, будет препятствовать надлежащему развитию реакции — восстановлению СО.» в СО и разложению пара; т. е. непосредственно будет ухудшать состав газа.
Температура газщ оставляющего генератор, и физическое тепло, заключавицгесн в нем. л
R am bu sh получил следующую разницу в составе газа из одного и того же битуминозного угля, газифицируемого в различных генераторах с разной температурой отходящего газа (табл. 2й). .
Из таблицы видно, что с повышением температуры отходящего газа увеличиваются и тепловые потери, которые должны быть возмещены повы।гением количества углерода, сгорающего в углекислоту, При более низкой температуре отходящего газз, расход воздуха на газификацию будет меньше, и потенциальное тепло лучше будет концентрироваться в меньшем количестве получаемого газа (теплотворная способность газа увеличивается).
1 Gwosdz, Oel and Gasmaehine ЛЬ 1, 1921 г*
no
Таблица
Томдоратура отводящего гача СС.....................
Влаги и гяэе г/м* . , . . - .......................
Объемный анализ холодного газа
СО^...................................
СО...............:...................<
сн4 . , , . ...........................
н...............,......................
n;.....................................
Теплотаaff способное-ть гача (0е,760 .‘мН..........
Ъ виде 'Ьк;^[чсског'| течдщ с гапом уволит 'гепло-uof; энергии (а ^'0 от теплогноpijoft лчисобноств топлива)..............................*............
Н о Aj е р опита
1 1 з
f?O 850 150
200 150 60
123 10,5 8
16,6 18 21
'ДО ,3,5 5
22,8 22,5 21
44 3 4 5,5 45
1844 1426 1606
173 Г\5 3,2
Потери тепла радиацией. конвекцией.
Эта статья ухудшает качество газа по двум причинам:
Во-первых, как и всякая потеря тепла по балансу, она потребует для покрытия ее сжигания определенного количества углерода в СО2 (пли Н2 в ЩО). ухудшая таким путем состав газа.
Во-вторых, главная часть потери тепла радиацией теряется в наиболее горячих частях стен генератора, т, е. внизу его, отражаясь непосредственно на ходе реакции в этой обла.ти (восстановление С02 и Н..О).
Особенно большое значение последняя статья будет иметь при ватержакетах.
Температуря пл аил опия и состав золы.
Понижение точки плавления золы способствует развитию спекания и оплавления золы в комья, что нарушает правильное распределение газа. Ясно поэтому, что изменение температуры плавления золы нс мажет не отразиться на качествах газа.
Но так как подача пара с воздухом в надлежащем количестве, как мы видели выше, способствует улучшению со- тава газа, то очень трудно решить в какой степени изменение точки плавления золы угля изменяет состав газа.
Несомненно одно, что с понижением плавкости шлака в газе уменьшается содержание СО и увеличивается П2 вследствие развития реакции: *
со+н3о —сой + н3.
Тол пиша слоя топлива.
Решительно для всех случаев мы можем сказать, что газ будет по составу тем лучше, чем тол ши на слоя топлива больше, если генератор работает при одш й и той же скорости газификации.
С другой стороны нам хорошо уже известно, что качество газа улучшается с увеличением времени контакта раскаленного углерода с газом, т. е. уменьшением скорости газификации, Однако, в то время как увеличение толщины слоя топлива поводимому не
влияет иа температуру зоны разложения СОа и НаО( уменьшение скорости газификации несомненно на ней отражается; поэтому более экономическим из указанных дв^х путей улучшения состава газа будет увеличение слоя топлива.
Ниже, в отделе контроля работы генератора, будет сказано, что после выработки оптимальных условий для хода генераторного процесса — получения при данном топливе и конструкции генератора наилучшего состава газа — дальнейшее наблюдение за работой генератора может с успехом осуществляться при помощи регистрирующих анализаторов, определяющих только углекислоту. Увеличение последней будет уже указывать на ухудшения в ходе процесса.
Мы считаем однако не лишним напомнить здесь, что вообще нельзя во всех случаях говорить об ухудшении газа с увеличением в нем содержания СОг и, наоборот, об улучшении —с понижением ее<
В приведенной ниже таблице, заимствованной у С- Diclnnann'a 1 мы видим, что газ с содержанием углекислоты, близким к максимуму (№ 8), имеет выше чем среднюю по величине теплотворную способность, тогда как в той же таблице газ под № 12, при значительно меньшем содержании С<Х, имеет все же меньшую теплотворную способность, а газ под № 17 с 2°/0 СО3 обладает теплотворной способностью, близкой к минимуму. Необходимо помнить, что теоретический газ, состоящий лишь из СО и имеет теплотворную способность только в 1056 кал
Анализы генераторного газа (в °/о по объему),
Мй 1 I I CO, 1 1 CO 1 1 Cm Hn on, 0, Na Те o-ro tpo1'-ДдЯ споа_|б-пасть
J 1.0 32,5 0,4 2,8 8,2 55,1 1507
2 2,4 t9,4 3,6 12,8 0,2 51,0 1545
3 5,2 27,3 — 3S4 16,6 47,5 1538
4 6.9 25,4 3.4 18.3 - 45 9 1548
5 8,3 31,5 1,7 14,5 0,2 48.8 1490
6 0.1 21.7 3,4 10.7 * 46,1 1470
7 11.6 18.4 . 3,4 21.8 41,8 1420
8 13,2 16,1 3,5 22,7 44,5 1380
9 5.0 15,0 2.8 15,0 51,2 1374
10 2,5 28,0 1,3 12,5 0,4 55,3 1323
11 6,3 22,7 0,3 2,6 13,4 0.2 54,5 1318
12 1,0 31,3 -1 2,4 6,3 59,3 1313
13 3,7 26,2 2,0 11,5 0.3 56.3 J 275
14 4.5 27.0 -1 1,0 12,0 55,0 1241
15 6,4 25.7 f 0,3 13,3 54,3 1161
16 6.0 20,0 2,8 10,3 Сл< 60,9 1122
17 2.0 29,4 1,0 4,7 I—* 62,9 1002
18 7,0 18.0 — 1,2 15,0 op 58,5 1042
19 7,0 19 5 1,2 13,0 0.2 59,3 1040
20 15,0 op 1 1,0 21,0 I—* 54,0 i 898
1 Dichmann, Der haaiche Herdofenprozess, Berlin, 1920.
i ЛА
В отделе об исследовании генераторного процесса (газификация на дровах) мы уже указывали, какое большое значение, в смысле изменения качества газа, имеют реакции:
1) С 4- Н,О“*СО 4- Щ —28380 2) С 4- 2Щ0 -*002-^2^ — 17 970 3)С04- И20 —С0г+ Н24-10410
кал.
Реакция 2-я — результирующая реакций 1-й и 3-й. При одинаковом развитии 14 и 3-й реакций мы будем иметь несомненное улучшение качества газа, так как будем учитывать только одну 2-ю эндотермическую реакцию: потенциальная энергия газа увеличивается за счет физического тепла его.
Но если процесс газификации будет итти холодно, т. е. при слабом развитии 1-й реакции и при преимущественном развитии 3-й, мы наоборот будем иметь дело с ухудшением газа: потенциальная энергия его будет переходить в тепловую. Когда при газификации вводится в генератор умеренное количе ство водяных паров, мы имеем дело с 1-м случаем (ход 2-й реакции), т. е. с з а-метиым увеличением содержания водорода в газе и с таким же уменьшением содержания азота в нем: во 2-м случае (большое количество водяных паров; преимущественное развитие 3-й реакции) имеем более слабое объемное изменение водорода и азота в газе.
Приведенная выше таблица дает характерные примеры в подтверждение этого положения! анализы газов под № 1, 2, 3 и 4, в виду малой разницы в содержании метана, дают нам возможность оказать, что причиной постепенного улучшения газа от № 1 к № 4 был более горячий ход соответствующих генераторов, т. е. развитие по преимуществу 2-й реакции. В отношении примеров под № 6, 7 и 8, тоже с малою» разницею в содержании метана, можно также сказать, что в генераторах в направлении от № 6 к № 8 допускался более холодный ход, с большим сравнительно развитием реакции 3: при слабом швышении содержания Н2 и таком же понижении содержания N2 ъ /енциальная энергия гава уменьшалась.
Что касается до суммы (по анализу) составных частей газа, содержащих углерод, то в отношении ее можно высказать приблизительно лишь такое общее положение; причины, влияющие на понижение содержания азота в газе (развитие реакций 1, 2 и 3), должны вместе с тем способствовать и повышению составных частей газа, содержащих углерод. Но, как мы только что говорили, такое изменение состава газа не всегда сопровождается улучшением качеств его. Вообще же условий, влияющих на состав газа так много (главное — количество и состав дестилляционного газа), что строго определенного правила в этом отношении вывести нельзя. Позтому мы думаем, что высказанное Дикманом положение о необходимости иметь в газе нормального состава не менее 35,6% суммы углеродистых составляющих его, едва ли можно считать правильным. По крайней мере, в приведенной им же таблице, газы под № 6, 7 и 8 содержат углеродистых составляющих меньше нормы, им указанной, однако же по качеству эти газы надо считать выщ> средних.
Нельзя также вывести какого-либо строго определенного правила для суждения о качестве газа по сод ржанию в нем водорода (ср. газы в вышеприведенной таблице под № 7 и 20, 2 и 14).
Влияние состава золы па сиекапио и оплавление ее.
Газификация с получением жидкого шлака.
Температура плавления золы играет, как мы видели в преды-дущих отделах, весьма существенную роль при газификации.
Для многих сортов топлива она м^жет 6ejtl настолько низкой, что во избежание серьезных оперативных затруднений вследствие загромождения генератора большими массами спекшихся или сплавившихся кусков золы часто приходится, с целью понижения температуры, или уменьшать скорость газификации, или прибавлять к дутью пар.
Ясно поэтому, что для определения заранее наиболее выгодных условно газификации топлива мы должны подробно ознакомиться не только с количеством золы, которое дает топливо, но и с составом ее. Этот последний даст нам некоторое представление о температуре начала плавления золы, которая в свою очередь определяет начало спекания ее в генераторе.
Таким образам, зная состав золы, мы в состоянии выбрать и ту температуру, которую ввиду наиболее выгодного хода процесса необходимо держать в нижних горизонтах генератора.
Топливо с сильно легкоплавкой золой не дает возможности быстро вести процесс газификации, а так как это стоит в противоречии с современной тенденцей вести газификацию по экономическим соображениям возможно интенсивнее, то вполне понятно также стремление создать та кие условия газификации топлива с легкоплавкой зо пой, при которых последняя получалась бы в жидком состоянии, в котором ее можно было бы от времени до времени выпускать из генератора.
В таком случае о(падает забота о понижении температуры в генераторе. Наоборот, в и к ж ней части генератора ее ст/ снятся дер-жать настолько высокой, чтобы. путем перегрева шлака дать ему надлежащую подвижность, т. е. возможность легко вытекать из горна.
Ио та или иная подвижно ть шлака при одной и той же температуре находится также в зав иг и мости и от его химического состава, Таким образом при генераторе, работающем с жидким Ш7аком, вы двигается новая задача, заключающаяся в образовании па лещади генератора возможно менее вязкого шлака. И эта задача, как и при работе обычного генератора (без расплавления золы), может быть вырешена болге или менее удовлетворительно только пр 5 условии хорошего предварительного ознакомления с золой Зная ев пл ibewctl и состав и добавляя, если это нужно, определенное козичестио флюса, мы можем добиться получения шлака надлежащей степени вязкости.
Обычная работа генераторов.
Образование кусков спекающейся и оплавляющейся золы можно представить себе следующим образом.
102
Как и во всякой другой сложной системе, при повышении температуры из компонентов золы выплавляется сначала наиболее легкоплавкая часть—эвтектики, которая, благодаря своей подвижности, спускаясь книзу, пропитывает толщу золы и вместе с тем растворяет в себе другие ко у пенею ы ее, делаясь более трудно-плавкой. В случае, если температура генератора не повышается до полного расплавление золы, оставшиеся нераствогеплыми компоненты цементируются застывшим мкзду ними шлаком, образуя куски разной величины, более или менее ш.-ристые, в зависимости от количества расплавившегося в начале вещества.
При дальнейшем же повышении температуры вся зола, постепенно размягчаясь, переходит в жидкое состояние.
Интервал температур, между которыми зола постепенно переходит па тсерлого состояния ч1 рез пластичное в жидкое, может быть или в узких поеделах (-2СГС) или в очень широких (до 200° С).
В качестве примера ийзде привечены дна состава золы. х
1 1 Siwtfi j Si О., * AMAi i Ге(Ог ______ i __. l_ i 1 vV 1 ЗП./1 10 As 2 :<!,4 2 t :io(4 b 1 На pne- 15 можно видеть, какот TiO1 1 2 1,4 J был 1 0 I г’ V интер ?igO 4пОл ; Щелочи J L- f,0 0,2 4,3 0,2 0Д - 2 ,T вал температур, между
которыми конусы, сделанные и; золы, п з Степан но размягчаясь, утрачивали наконец с г сю форму, переходя в расплавленное состояние. Для шлака № 1 етот интервал измеряется в 21S С, для № 2 — 20° С.
1233° 13W
Оригинал 138Q0 1390°
ямплитудя гтявлгнпр кйНЕННОГО угля
о.
2/. сортов sofibi
Г
PliC. 15.
Невидимому сильное влияние на деформацию конусов оказывают щелочи; в первой аоле начало ран лей деформации (1127°) следует приписать главным образом большому количеству щелочей (4,2): но несомненно есть ряд и других факторов, способствующих деформации.
1 Зола амбрикаяски^ углей по докладу ^‘eZclwer’a и JfrjZZ'ft.
103
Щелочные земли—СаО и MgO, если они находятся в золе в количествах, не превышающих тех, которые соответствуют составу эвтектики из них, с минимальной температурой плавления, будут понижать температуру плавления золы, в то время как присутствие чрезмерных количеств СаО и MgO, свыше состава соответствующей эвтектики, повышает ее.
Что касается до окнслов тяжелых металловг главным образом железа, то необходимо сказать, что лабораторные опыты не могут дать нам точных указаний на то, как эти окислы влияют на изменение плавления золы, так как в золе углей при газификации их железо находится в закисной форме (FeO, FeS); в восстановительной атмосфере генератора не может оставаться заметных количеств ГеаОя и Fe304-
При озолении же углей в лабораторных условиях нам приходится иметь дело в золе с высшей степенью окисления — Fe3Oa.
Так как силикаты закиси железа легкоплавки (1170° С), то ясно, что спекание золы в генераторе будет происходить — при заметных количествах железа в ней —при невысоких сравнительно температурах и во всяком случае более низких, чем в опытах с золой тех же углей, производимых в лабораторных условиях,
Итакг зная химический состав золы, можно до некоторой степени судить и о том, как она будет вести себя в генераторе при обычных условиях газификации. Крупную помощь при этом несомненно окажут те исследовательские работы по определению точки плавления золы, которые производились в отношении углей с разным составом золы.
У нас в СССР таких работ проделано очень мало, поэтому мы приводим ниже для руководства две таблицы: табл. 29, для английских углей,1 л табл, во — для американских; в обеих кроме химического состава золы приводятся и точки плавления ее.
В последней колонке табл. 29 дан для сравнения состав китайского каолина.
Как это легко усматривается из обеих таблиц, затруднений со спеканием в генераторе золы будет значительно меньше, если зола будет иметь примерно такой состав:
SiO^....................выше 45%
Л l3us..................выше 35 я
1?е.|0:|..........не выше 10—15%
Са.0.............не выше 5—10.
Конечно здесь указаны только четыре главные составные части золы, между тем как на плавкость ее серьезное влияние могут оказать другие металлические окислы, щелочные земли, щелочи.
Несколько лучшее представление о плавкости золы получается^ при сопоставлении золы с глиной, коэфициент огнеупорности которой (ф) можно определить по формуле Bischof’a:
___ (содержание кислорода в А1?0з)а____________ V"^(3X содержание 0у в основаниях) х (содержание 02 в81О2);
1 Dunnand Lessing Soc. Chem. Tnl, January 15, 1918 r.
104
Таблица 29.
№ золы
6
SiO2
ALO
Fe3O8
МпО
СаО
MgO . “
Щелочи .
Т10
Точка плавления °C • .
Коэфициент огнеупорности Q по Bischof у
* Коэфициент огнеупор-> ности по Тейпе . . . .
F4
5
36,9 40,8 40,4 37,4 42,1
25,82 • ; 31,36 в 29,34 28,21 30,67
25,0 24,0 ’5,21 22,14 21,71
0,3 0,2 ' 0,3 0,25 0,3
3,71 1,19 4,61 4,65 0,99
2,1 0,36 1,96 1,67 0,76
4,79 1,15 7,23 4,23 2,55
1,38 0,94 0,95 1,45 0,92
1150 1220 1230 1330 1310
0,32 0,61 0,45 0,41 0,58
1,71 2,82 - 3;2О„ 2,31 3,10
8,79
5,84
2,09
1,16
1380
0,92
35,05
'J
7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 каолин
1 • 45,4 41,2 40,9 49,3 43,3 47,1 48,5 51,1 1 51,8 51,89
35,53 33,45 33,23 35,4 38,88 37,39 36,93 | 35,93 1 38,25 44,59_
12,57 17,14 8,14 7,29 11,71 11,14 7,36 ! 4,86 5,64 0,98
0,4 0,2 0,3 0,9 0,4 0,1 1
3,54 3,79 5,24 2,96 1,36 0/2 3,33 2,78 0,45 0,38
1,23 1,78 0,05 1,34 0,43 0,65 1,08 0,8 0,74 0,38
0,83 0,83 2,82 1,9 2,12 1,33 1,54 i 3,32 1.71 1,77
0,9 1,41 2,49 1,51 1,31 * 1,12 1,16 1,21 1,41 0,15 А
1380 1390 1415 1460 1460 1460 1480 1480 1500 »
0,71 0,69 0,8 0,93 -л 1,37 1,34 1,23 1,27 2,06 6,46
4,61 3,28 5,60 7,31 6,88 6,70 7,26 10,31 13,20 55,45
Плавление как огнеупорной глины, так и золы есть результат соединения кремнезема с основаниями в силикаты. Чем больше будет в глине или золе бисипгката тем они будут менее плавкими; следовательно, добавка в генератор при легкоплавкой золе глины в заметной степени уменьшит спекаемое; ь золы, увеличивая ее плавкость; меньше также будет разъедаться при ^том и кирпичная кладка генератора-
ТаГгл и цм гуа.
X? £Ю2 1 J 1 -О 1 I 1 1 [ Тон Л-1 IfJti пленил К-М-я-niiQHT ргие-хПпрщютп Q
1 28.0 S3 49,7 5,3 1т2 6 ij <т,9 1092 0,029
9 20.7 т М .49,9 2,1 од 2.2 1,2 ши О.о88
’8 34,0 31,0 о-.- > - b ’ 7,4 5,8 е,5 0.1 и 95 0.200
4 35,8 31.1 12.4 10.4 С л е сг.5 От8 1213 0 84
5 4*, 5 d*i " |-Г п . г 7,S 5.9 1.0 :;,8 0,3 Ц84
6 42J) 38,0 1 2,3 1.1 0 8 11,1 1Ш 1,15
7 54,1 33/’ 7.8 1,5 1,5 0,7 м 14Г-0 Ml
8 50г8 3:: 9 10.2 1.7 <_ С Д Ы 2.0 и 1 510 1.26
9 . 49.0 42,0 Ь9 1 Следы 1.9 (L3 1390 3,36
То же замечается и при добавке ire ска, если только его количество не превысит нормы, необходимой для образования с основаниями бцеиликатов.
При газификации нередко практикуется добавка как того, так и другого вещества.
При использовании формулы Bischof’a необходимо всякий раз переводить БгейО3 в FeO, так как в генераторе мы имеем дело только с последним окнслом.
Приводим пример вычисления коэФицпснта огнеупорности для случая 7 табл. 30. 1
п -_________________(ЗЗЛО. ГТ_________________
3(7,8-0,9-0,22—1,5-0,284-1,5-0,4)-54,|-0,53 ’ '
Подобным же образом вычислены коэфициенты и для других составов золы по табл. 29 и 30.
Хотя изменение величин точек плавления золы и коэфипиентов огнеупорности и не дает полного согласования, тем не менее некоторая пропорциональность между рядами обеих величин все же существует, что и дает возможность судить о температуре нлавле-ния золы, зная ее анализ.
Это обстоятельство имеет существенное значение именно потому, что для непосредственного определения температуры плавления золы надо иметь особые специально приспособленные печи, что не всегда доступно для лабораторий. Производство же полного анализа золы является уже нетрудной задачей для большинства лабораторий.
1 Д;я расчета бр<лооъ оирутлвялое кислорода в одной весовой
единице каждого окисла: для А130а — 0,47,’SiOs — 0,53, FeO—0,22, СаО — MgO — ОД. Затем, ввиду того, что в щелочах не указывается отдельно содержа-пне Na=0 и К30, для суммы их берется средняя величина дли кислорода —
106
Необходимо сказать, что в формуле BischoPa влияние серы на плавкость золы не учитывается, между тем как в действительности сера, при увеличенном ее содержании, в заме-нон степени понижает плавкость, что необходимо всегда учитывать. Об этом, например, можно судить по образцам 5, 6 п 7 табл. 30.- судя по коэф и Цвейга и огнеупорности все трл образца золы должны были бы иметь мало разнящиеся техиературы плавления, тогда как в действительности зо:а иод № б, благодаря большому содержанию серы в сравнении с № 6 и 7, имеет бпачлтсльно меньшую температуру плавления.
Менее удовлетворительные результаты прп определении огнеупорности золы даст более простая форуу.ча гГщпе:1
А1А
r CaG -MiO r
согласно которой точка плавления золы повышается пропорцио* нально изменению величины f.
Вычисленные по ней числа приведены я табл. 29(
Рабата генераторов с расплавлением золи.
Необходимо прежде всего отметить, что генератор, работающий с расплавлением золы, до некоторой степени может сравниваться с доменной печью: я писстаповптезьной нтмго фере генератора большая члеть ‘«кислов железа, золы восстзнаплавается до метал-лическ« го железа, а пос леднее, науглероживаюсь и соединяясь с Si, Wil Р и Sl в той или иной степени весе газ io вл 'ниых из соответствующих о кисло в, лает жидкий чугун, скопляющийся я горне генератора под шлаком.
Последний формируется таким же образом, как в доменной печи.
Нельзя следовательно рассчитывать при надлежащем ходе генератора на закись железа, как на главный компонент, понижающий температуру плавление золы. Таким ком пошитом будет служить СаО, который и должен играть существенную роль при работе генератора с расплавлением золы, так как случаи, когда зола газифицируемых углей будет такого состава сама по себе, что по рас< плавлении даст хороший жидкий шлак, легко удаляемый из генератора, чрезвычайно редки.
Обычно же для образования такого шлака приходится прибавлять в виде флюса или известняк., или основной мартеновский шлак.
Ввиду подобия условий образования шлвков доменных печей и генераторов работающих с расплавлением золы, в табл. 31 приводятся доменные пипки разного состава с указанием температуры их размягчения, 2
Выше уже указывалось, что для свободного вт^тепанип из горна шлак должен обладать определенной степенью* подвижности (малой вязкостью), и что я то свойство шла ха меняется в зависимости, не только от состава, ио и от температуры нагрева его,
1 Gt^jourual, S, 213, 1913 г.
3 Engl near jag, Docombar 14, 1917 у.
107
Таблица 81.
HiO, Al r0, no, CelO MnO CilS р&вмягчвних
48,0 8,0 82.0 5.0 0.1 2.0 1244—1254
43,6 9,5 0,59 0,19 0,52 40,2 2,1 0,2 2,8 1279
37,2 11,6 0,42 25,3 19,6 2,2 3,5 1297—1300
38,7 26.6 0,19 0,28 26,7 6,4 0,33 4,9 1342
34,3 13,8 0,35 0,56 41 3 6Д 0,55 5,4 1343—1360
18,3 35,3 0,52 0.58 31,2 9,7 0,35 4,1 1410
31,5 14.8 0u29 0,29 47,6 1,8 0,2 3,0 1403—1443
Зависимость эта настолько сложная, что предсказать заранее, как будет вести себя шлак определенного состава в горне, можно лишь на основании опытных данных, полученных путем исследовательских работ.
Наибольшее количество работ в этом направлении было выполнено в САСШ.
В табл. 32 представлены результаты исследований Fell <Га и Royster’а > над синтетическими шлаками из СаО, AljOs и S102 — главными составными частями шлака. В этой таблице все шлаки кроме № 5 и 7 представляют эвтектические смеси.
На рис. 16 дано изменение вязкости этих шлаков в зависимости от температуры; вязкость нанесена по оси орди-
Рдс, 16. нат, причем за еди-
ницу вязкости принята вязкость воды; изменение температуры указано по оси абсцисс.
1 Bureau of Mines., U. S- A. Technical Paper, 189. 1ОЛ
Таблица
СОСТАВ ШЛАКА п——— Trj'iSa плавления шлака.
Са.0 ALOa SiO.
1 23.25 14.75 10 1 i i 1170
2 38 20 42 1265
3 47.2 11,8 41 1310
4 29,2 89 31,8 1380
5 49 J4.4 36,6 1415
6 49,5 43,7 0.0 1335
7 48,7 39.3 12 1430
Температуру начала плавления принято считать за такую, при которой вязкость шлака бесконечно велика. Обычно вязкость доменных шлаков колеблется в пределах от 2 до 12; американские доменные печи имеют вязкость шлака в среднем (при 1БОО°С) около 2Г5.
Шлак № 1 соответствует эвтектической смеси с наинизшей температурой плавления (на 168°С ниже по сравнению с однако при 1400°С вязкость шлака №1 в 50 раз больше шлака Кз 6 и в 25 раз больше шлака № 3.
Согласно работам Feild'a и Royster'a, особенно большое влияние на вязкость шлака оказывает глинозем, причем вопреки установившемуся взгляду, что содержание его не должно превышать Так как уже при этом содержании А1203 шлак получается очень густым, этими исследователями было указано, что при дальнейшем увеличении глинозема в пределах 20—30%, шлаки снова могут быть достаточно жидкими и практически применимыми.
В табл. 33 и 34 дана зависимость вязкости шлака от содержания в нем AI^Oft и от изменения температуры нагрева шлака. В табл. 33 даны синтетические шлаки, в табл. 34 — составы четырех шлаков коксовых американских доменных печей-
ж
Таблица 33ь
шлаков Состав шлЕ.иа Влдиасть пр ж i ’С
ALOa CaO 14S0 15Л0 1550 1(100
1 43 7 2.6 2,3 2,0 1.8
2 41 9 49 з.з 2,8 м 2,1
3 42 11 47 4,7 3,7 3,0 2.4
4 49 13 , 38 8.6 6,6 5,1 4,1
5 40 15 45 9,6 6.7 5,0 3,9
6 47 17 34 6.9 4,а 3,1 2:2
Л 1 31 19 50 5,4 3.5 2.3 1,2
8 29 21 50 3,2 2,2 1.5 1,2
9 28 23 49 4.1 2,6 1,7 1,2
10 28 24 48 10.3 4.2 2.4 1,6
В приведенных таблицах ясно обнаруживается тенденция сильно глиноземистых шлаков, довольно вязких при низких температурах, делаться весьма подвижными при высоких температурах (см. последние два примера в табл. 33 и шлак № IV в таблг 34).
< лл
Таблица
к Cl С'ГГвП in .’1:1г; a 1 EsrswcT-.. ц-рн £ eC
ШЛ a-K<?3 SjOi | AJ3O}j CaO :.iuO FciT MnO IdliO i ;!} 0 л^о 1500 1525 1000
I 3\7(j't3,3G i-r2,1 1 3/И (1,4 37 15 8 5 ; 3,5 -- ?,3 2,3
II 3 1,54 1 1.70 |47,05 L8 0,7 0,^1 ВД6 — «г ВО %8 3.8 3г1 12,9
III ;;3.67 20,2:; 6,i 7 0,28 0,33 l.SB 17 8 Гм С13 'Л -’,6 2.25
IV 18,3 ;3рви ^1,-Л i । 0:47 i 0^ 1.07 2б 7,5 2:3 1,6
Хотя данных характера. касающихся вяз-
кости шлака, в нашем распоряжении имеется пока немного, но тем нс менее и они могут оказать существе иную номощг. при флюсовании золы горючего в случае работы генератора с жидким шла-ком. Эго тем более важно, что много данных говорит за то, что значительная часть неудач при установке работ генератора с расплавлением золы объясняется 1К<правильной шихтовкой.
С целью уяснения сказанного приведем пример распета необходимого количества флюса для опытной газификации с расплавлением золы, которая п ро иод £ц лсь С. Smith’от по поручению американскою Bureau of Mines.1
Газифицировался кокс, содержавший П°/о золы; в качестве флюса применился известняк.
Анализы золы и известил ка приведены в табл. 35.
Таблица 35.
£<0^ AL Ол СцО ко Уа.О Летучие т
Зола кокгя . „ . 51,33 3',9i 7,22 2 Cd 1.19 1,04 100.02
Известим! ... - 1,71! Or8 52,2 1.46 43.28 100,42
Согласно анализ;7 золу кокса необходимо отнести к трудноплавким; ясно, что заранее можно било ожидать затруднений с получением достаточно подвижного шлака.
Предполагалась, что по данным диаграммы плавкости шлаков Boudonard’a достаточно было прибавить известняку 4°/0 от веса кокса, чтобы получить уже легкоплавкий шлак в действительности же только при расходе 12°/0 по весу кокса известняка получен был шлак, хорошо вытекающий из горна.
Если нанести на трехосную систему координаты SiO3, А12О3 н СаО из табл- 36, числа которой вычислены по данным табл. 35, и соединить точки шлакующихся известняка и золы кокса прямой (рис. 16а), то согласно диаграмме плавкости шлаков ВаЪи эта линия пересекается с линией „37% СаО“, т. е. с линией легкоплавких шлаков в точке С, делясь в ней на части: АС— 41 мм и ВС—7 2 - ..._____
1 „The Slagging Type of Gas Producers", U. g. A. Bureau ef Mines, Technica1 Paper, 1912 г., Й 20.
Таблица Sfl,
ВЖТЧЛС bVT> *»**-d T— • lad. К.
! 1 Л-.О, 1 c\.o Тонки
* Зола коь~са « •» > . Gl/5 [ i C'? 1 1 i A
Иавес'шяк -% . , » 1.6 s\\3
а поэтому на 100 ве.озых частей кокса или 11 весомых частей золы придется: /
11-41
- -—2^8,3 весовых частей известняка—величина несколько 72 _
большая определенной по диаграмме BoudouardJa.
ffi/7 S t В & м
Рас. 16л.
Полученный» шлак имеет состав :
SiOs .
ЛКО3 .
СаО .
40%
37%
Согласно табл. 33 шчак такого состава лежит в области вязких шлаков (Л® 4, 5, 6), для процесса следовательно непригодных. В шлаке желательно повышение СаО с одновременным понижением 810г, что достигается добавкой известняка.
Из той же таблицы видно, что наиболее подходящим и достаточно подвижным надо считать шлак состава:
SiOg . . . 2&J/o А1Д. . . 21% CaO , . , 50%
Но он лежит (точка D) несколько в стороне от линии „Зола кокса — известняк41, а эту прямую линия „50% СаО° пересекает в точке Е, деля ее на части: BE — 55 mi и АЕ'58
Согласно этим данным для получения подвижного шлака^ необходимо вводить известняка
11 ‘58
55
= 11,9^12%,
т. е, то количество, которое путем постепенного подхода было найдено практически.
Расчет генераторного газа па дровах.
Расчет производится так же, как на каменном угле, принимая во внимание следующие условия,
1) Если считать, что в клетчатке CGHloOG по правилу Culong’a На и Оп находятся в связанном состоянии (в виде Н2О), то 1 яз/мол. клетчатки (162 кг) при сжигании дает тепла:
6 * 97 500 = 585 000 кал., следовательно, на 1 кг клетчатки придется тепла:
585 000:162 = 3617 кал.
Из 9 определений теплотворной способности клетчатки путем сжигания ее в калориметре, Stomann нашел среднюю величину в 4190 кал., т. е. больше на:
/ 4190 — 3672 = 573 кал.
а
против определенной выше величины.
Относя это дополнительное тепло, выделяемое клетчаткой при разложении ее, на 1 ^г/мол. конституционной воды клетчатки (в 1 кг клетчатки — 0,4444 кг С и 0,5556 кг или 0,5556 :18=0,031 #г/мол_ На0), имеем:
573 : О 031 = 18 494 кал. s i
Д. И. Менделеев на основании 79 точных анализов разного рода сгораемого и действительной (калориметрической) теплотворной способности вывел эмпирическую формулу для определения теплотворной способности сгораемого:
Q=81 C-J-800 Н —20 (О — S),
в которой им учтено также и тепло разложения клетчатки.
Вели подставить в эту формулу:
С=о, 8 = 0, Н = 2 и 0=16,
то очевидно мы определим количество тепла, выделяющееся при разложении клетчатки и приходящееся на 0,18 ага или 0,0! яг/мол. конституционной ВОДЫ.
Тепло это равно:
300-2 — 26-16 = ООО — 416 — 184 кал,
Па 1 кг/мол. ЩО приходится:
184:0,01 = 18 400 кал., число, мало отличающееся от вышенайденного.
Эту поправку в тепле при разложении клетчатки и следует . вводить при тепловых расчетах с генераторным газом на дровах, сучьях, пнях, торфе и пр.
2) Примем условно, что из всей конституционной воды клетчатки только 1/3 вступает в реакцию с СО и дает СОг и На, а %—переходят в газ в виде влаги.
3) В рационально ведущемся генераторном процессе со сгораемым, в котором клетчатка сохранена в Облыней или меньшей степени неразложенной, температура газа в начале газопровода не должна С[ыть много выше 200°С, а при сыром торфе даже ниже; поэтому образование в газопроводе смолы, уксусной кислоты и других перегонов вместе с конденсационной водой является неизбежным.
Введение обратно в генератор плохо отделенной от воды смолы едва ли можно считать рациональным, а смола, хорошо очищенная от воды, является настолько ценным продуктом, что загрузка ее в генератор была бы невыгодной операцией: гораздо правильнее было бы такую смолу сжигать непосредственно в топках одну или, еще лучше, с доменным газом, карбюрируя последний продуктами разложения смолы (практика мартенования Надеждинского завода с доменным тазом и смолой).
Ввиду приведенных соображений в дальнейшем расчет газа на дровах будет производиться с отдельным учетом смолы и уксусной кислоты.
По Окерману из сухой беззольной древесной массы получается 5,5% смолы состава: С—77,8%, Нг—7,4%, Оа—14,5%, %—0,3% и 0,41% древесного уксуса (C2H4OJ. t
Принимая во внимание смолу, а также СаН4Оа, и следует производить поправку в элементарном составе сгораемого, которое будет служить для расчета газа.
Для примера примем такой состав древесной массы (сухой): С—50%, На—6%, Оа—43,2%, 'Na—0,3, ЭОЛЫ-0,5%.
Влажность самосохлых (не 20%; тогда анализ таких дров
С ... 40%
Щ . . 4,8% . . . 34,56%
Согласно данным Окермана в виде смолистых веществ уйдет:
6,6-79,6
- = 4,38
менее 1—1,5 лет) дров возьмем в будет таков;
N3 - . . о,24% Золы . . . 0,4% Нэ0 . . . 20%
на 100 дров принятого состава
100
с—
И в этих смолистых веществах будет содержаться:
77,8-4.38
“То(Г'=М1
^4,38_
100 ’2 ’
о,
14,5-4,38 100~
0,3-4,38 „
j... 0,01 кг.
100
В виде древесного уксуса уйдет:
0,41:79,6 “Too
- =0,33 кг.
В нем будет заключаться:
С . . . 0,132 кг Hi . . . 0.023 „ Ол . . . 0.176 .
Учитывая потерн в элементарном составе дров на вычисленные выше элементы, получим, что на газообразование в дровах идет:
С . . . 40.0 — (3,41 +о 132) — 36,158 кг
Н3 . > . 4,8 — (0.32 + 01022 i — 4,458 .
On-.. 34,56 — (С 64 + 0 170) = 33,744 .
Ч - . - 0,24 — 0,01 -- 0,230 .
JLO...........................'< - - . 20,0 „
Итого 94,89 кг.
На 1 кг дров приходится:
Состав’1 мыв , Ч 1СТ и •кг С поправкой по Дюловгу
с 0,36458 0,03038 4 0,03038 кг/мол.
о3 0,04458 0.0^29 0,03229-3-0,010о4 ~ 0.00121
Ой 0,337(4 0,01054
ч 0,00230 0,00008 0(00008
нпо 0.200v0 0,01111 const 0.021 08l ги грт—0,01111
Всего ЩО — 0,03219 кг/мол.
Состав газа [на СН4—’/15 всего углерода):
на коло спиких :
5 гаяопророде :
СЩ пет
СОЭ пег
СО 0,03038-0,00202=0,02836
Н2 х к'й моль
N3 1.881 (0,02836 — х) =
= 0,05334—1,881*0?
1/1о -0.03038=0^202 кг/мол. 1/3 0,02108=0.00703
0.02835 - 0,00703=0(02133 .
ж + 0.00703+ 0/Ю121 —
— 2'0,00 02 = 0,004>0+ х „ 0,05334 — l,8si >ас +
+ 0,00008 = 0,05342— 1,881 аз
На влажность газа идет влажность дров-)-2/з конституционной воды, т. е.:
0,01111 + 2/3-0,02108 =0,02516 кг/М0Л.
Предположим, что вместе с разлагающимися на колосниках парами воды {х кз/мсл.) будет проходить неразложенной 20°jQ 0,2 я). Тогда влажности в газе будет
(0,02516 0,2-я)
а на 1 кг дров к колосникам надо доставить паров воды —
1,2 -х к^мол.
Определение величины х.
Газ, поднимающийся с колосников, уносит с собой при I 1000°С тепла (расход):
CO+FL + Ns 1 * (0,02836 4-гг J- 0.05334 “ L881^)-7,135 -1000 — = (0,0817 — 0.0881 -ас)-7- 35 X 1000 = 5285,935 ж кал.
ЩО . . . Ог2-Ж 8,75-1С00 1750'
Итого 582,93 — 4535,94кал.
Приход тепла:
СО.Ж = СО; (0.0S836 —ж\2е 430 = 834, S3 — 29 430 ® кал. с + Н,0пбр = СО + На; х - 28 *80 = — 28 380 х .
834,64 — 57 810 ж кал.
Количество тепла, заключающееся в угле, нагретом до 1000°;1
(0.03038 — 0,00202) 4,356* 1000 = 123,54 кал.
Поправка на теплоту разложения клетчатки:
0,02108*18 400 = 387,87 кал.
' Общий приход тепла:
834,64 — 57 810^4- 123,54 387,87 = 1346,05 — 57 810 X Кал.
При потере 20% па колосниках (лучеиспускание и конвекция) остальные 80% идут на нагрев газа, следовательно имеем:
0,8 (1346,05 — 57810-^) = 582,93 — 4535,94-3, откуда:
41 712,96 *2? = 493,91; X—0,0118 ЯЯ/М0Л.
На 1 кг дров надо доставить воды:
0,0118 * 1,2 = 0,01416 кз/мол. V
Как было уже указано раныпе, генераторный газ из дров неизбежно теряет часть своей влаги ввиду того, что точка росы соответствует довольно высокой температуре (было найдено 62,5°С), я газопровод охлаждается обычно до более 1 иэкой температуры. Количество конденсирующей влаги эави ит прежде всего от общей площади поверхности газопровода (в частности от длины его), а также от времени года (температура наружного воздуха).
1 Правильнее было бы считать нагрев угля па 1000 — 200 =. 800’С.
Предположим, что в нашем случае конденсируется * 1/41 всей влаги газа, а так как ее по расчету имеется в газе:
0,02516 4-0,2—0.02516 -^0.2-0,0118 = 0,02752 кг/МОЛ., то конденсируется 0,00688 2 * * га/мол. и остается в газе 0,02064 згз/мол. Тогда состав газа будет:
Таблица 37-
Сиетдеяые * В % по оОт.еиу Вес газам?
Г аз в.зижмый Где сухой
си4 cos со н, Na 0.00202 0,00703 0,02133 001600 0,03122 2,06 7»16 21,71 16,29 31,77 2,60 9.06 27,48 20,63 40.23 0,00202 X 16 = 0,03232 0,00703 X *4 = 0.30932 0,02133 X 28=0,59724 0.01600X3 =0,03200 О(О3122 X 28 = 0,87416
Сухого газа И30 0,07760 0,02064 21,01 100,00 Итого сухого газа 1,84504 4 влага 0,37152
Влажного газа 0,09824 100,00 Итого влажного газа 2,21656
На 1 кг дров получается (условно) влажного газа: 0,09824*22,4=
2,2 лЛ
Сухого газа: 0,0776 X 22,4 = 1,738
Вес 1 J<s влажного газа. . . 2,21656:2,2 = 1,008 кр.
0 f , сухого газа . . , < 1,84&04: 1,738 = 1,062 кЗ,
Доставлено пара на 1 кг дров:
1,2 -0,0118*18 — 0.254 кг,
т. е- 25,4°/0 от веса дров.
1 Например, если 0,4 всего гава охладится у стен газопровода до 40аС, а остальной газ, защищенный от резкой потерн тепла оболочкой остывающего газа, плохо проводящего тепло, охлаждается только до 220*, то мы имеем:
1) среднюю температуру смеси газа по грубому подсчету около 150ь (0,4*40+ 40,6*220 = 148°)
2) выделение газе (табл. 1);
и
конденсационной воды в процентах от общего ее содержания в
0.1458 — (0.6-0,1458 + 0,4-0,0512) Л1ЛКЙ liW—
Здесь 0,1458*-содержание влаги при точке росы в 62,5’С.
3 0,00688 кя/мол. ноды дает 0.12384 хе на 1 кг дров, т- е. 12,4%.
Если взять небольшую мартеновскую печь с суточной производительностью в 80 т в с расходом дров в 60% от веса металла, то за сутки необходимо вывести подсмольной воды:
80-0,6-0.124 = 5,05 ж.
Удаление такого количества подсмольной воды является не малой обузой для завода.
г
Приходится влаги на 1 м* сухого газа (О3,760 зьм) до конденсации (газ по выходе из генератора):
18-0,02752:1,738 = 0,49536 : 1,738 =0,285 лг.
Числа 1,738 и 0,285 — характеризуют газ.
Расход первичного воздуха.
В газ из воздуха поступает Na:
0,03122 — 0,00008 = 0,03114 -кг/МОЛ.
с ним Оа1
0,03114:3,762 = 0,00828 кг/МОЛ., следовательно, всего воздуха:
0,03114 0,00828 = 0,03942 Лй/МОЛ.
или:
0,03942 • 22,4 = 0.883 л’.
Расход вторичного воздуха.
Расход Оа:
При сгоравии С1Ц . - , . 0,00202 2 =0,00404 кг МОЛ-
k СО , . * . 0.02133: 2 =0,01067
, Щ . . . . 0,01600 : 2 = 0,00800
Итого . . 0,02271 як/мол,
Na воздуха............. 0,02271-3,762 = 0,08544 wa/МОЛ.
Итого воздуха: 0,10815 «г/мол.
что составляет:
0,10815-22,4 = 2,423 лг1.
Общий расход воздуха (первичного и вторичного):
0,03942 4-0,10815 = 0,14757 кг/МОЛ.
ИЛИ 3,31 М*.
Поверка- В условиях обыкновенной топки требуется Ог: для его рання С . . . . 0,03038 кв/атом а — 0,03038 кг/мол.
. Н2 . . . . 0,00121:2 . — 0(00061 ' .
Итого.. . 0,03090 *₽/мол.
N, — 0,03099 - 3,762 = 0,11658.
Следовательно, всего воздуха расходуется:
0,11658 4~ 0,03099 = 0,14757 ЯЗ/МОЛ.
Температура генераторного газа в начале газопровода.
Приход тепла.
1) Найдено выше по реакциям:
С4-0,5Оа = СО,
С4-Щ0 =CO-J-Ha:
834,64 — 57 810.® = 834,65 — 57 810- 0,0118 — 152,48 кал.
2) По реакции образования СН4 . . 0,00202-20870= 42,16 кал.
3) По реакции образования СО2 . . 0,007оЗ-10410 — 73.18 в
4) Поправка на тепло разложения клетчатки . . . 387,87 ,,
Итого. . 655,69 кал.
Расход тепла на испарение воды: 0,03219’ 10705 = 344,59 кал.
Итого В приходе: 655,69 — 344,59 = 311,10 кал.
Считая потери на лучеиспускание и конвекцию во всем генераторе в 40%, имеем тепло, идущее на нагрев газа 0,6-311,1 = = 186,66 кал.
При нагреве до 300° газ уносит с собой тепла:
C0 + H5-i-N2. . (0,02133 + 0.016 + 0,03122J-6,82’300 = 140.25 ка.т.
СО, .... 0,00:03 - 9,752 300 == 20,57 .
Н30 .... 0.0-752’8, ‘205-300= 07.74 ,
СН4 .... 0.00202.11.58-300= 7.02 ,
Итого..............335,58 к ах
При нагреве до 20Сг С:
СО + Hc-hNB........... 0,06855- 6.775-200 = 02.80 кал.
Н3О..............0,02752- 8,152-200= 44 87 ,
С0э.............. 0.00:03- 9,405*200 = 13,31 v
СН4..............0.00202-10,98 *200= 4,44 .
Итого...................155(41 кал.
Искомая температура газа^
х . 180,66— 155 51 200+ 735/58^51
100 = 239’ С.
Состав и количество продуктов горения па 1 «г дров (без смолы).
С02 .... 000202 + 0,00703 +0,02133 = 0,03038 кг/модг.
Н,0 . . . . 2 0,00201 + 0,016 +0,02064 = 0,04004 Na - - 0,03122 + 0,0854 =0,11602
Итого продуктов горения 0,18708 ка/мол.
На 1 кг дров приходится дыма (условно): 0,18768-22,4 = 4,204 Ms. г
Продукты горения весят:
С02.................. 0,03038-44= 1,33072 иг
Н3О..................0.04068’18= 0,73224 ,
Ns...................0,11062’28 = 3,26536 ,
Итого, * . 5,33432 кг
1 mz дыма весит: 5,33)32:4,204^1,269 К?. , ?
11 а
Теплотворная способность генераторного т^аза.
TaBj приходящийся на 1 кг дров (без смолы и пр.), сгорая, развивает тепла:
СИ*........O.OO2O2d93 400 = 388,648 кал.
СО.........0,02133- 68 220= 1455J 33 в
Нг, . . < . . 0,01000 * 57 810= 924,9йО в
Итого . . .2768,741 кал.
Теплотворная способность сырого газа:
2768,74:2,2 = 1258,5 кал.
Теплотворная способность сухого газа:
2768,74:1,738 = 1593 кал*
Материальный баланс генератора с газопроводом.
Израсходовано дров......................... 1(00000 К£
На горение попью Од............. 0,00828-32 = 0>2СИ 96 о
С НИМ N3........................0,03И4-28 = 0,871^2 „
Доставлено НдОмр................0,01416-18 = 0,25488 ,
Итого. . 2,39176'ЬЯ
Получено газа из газопровода . * ............2,21656 ке
Смолы * . * *................................ 0,04380 „
Древесного уксуса............................00: 330 .
Подсмольной воды.............................OJ2384 о
Золы......................................... 0,00400 ₽
Итого- * 2,39150 №
с разницей в 0,00026 кг.
Тепловой баланс генератора.
Реакции, идущие в генераторе, развивают тепла 311Д кал., потенциальное тепло газа — 2768,74 кал., следовательно, теплотворная способность дров, за вычетом смолы и древесного уксуса:
2768,74 + 311,1 = 3079,84 кал.
При сгорании 0,9489 «г дров (без смолы и уксуса) в обыкновенной топке получили бы тепла:
При горении С в СОд * * * 0,03038-97650 = 2966,61 кадь
Н,аН,0 ... 0,00121*57810= 69,95 „
Тепло разложения клетчатки............ 387.87 н
Итого.. 3424,43 кал.
На испарение воды по предыдугцему . . . • 344,59 кал. С лодовал ольно, теплотворная способность дров без смолы и пр: ...................... 3079,84 кал.
р
Определим полную теплотворную способность дров,
П9
По вышеприведенным количеству и составу смолы при горении ее развивается тепла:
0,0341*8137,5 4- (0,0032—0,0008).28 905—0,0072*594,8 =
= 276г49 + 6,94—4,28 ±= 28ОД5 кал.
Теплотворная способность смолы:
280,15:0,0438 = 6396 кал.
При горении древесного уксуса развивается тепла:
0,00182*8137,5 — 0,00198*594,8 =
= 10,74—1,18 = 9,56 кал.
Теплотворная способность древесного уксуса:
9,56:0,0033 = 2897 кал.
Полная теплотворная способность дров: 1
3079,844-280,15 + 9,56 = 3369,55 кал.
Максимальный к. п. д. генератора (не считая смолы и древесного уксуса газифицированными):
2768Д4 +186,06 29554 100 -87 70/
33(?JT55 100 3369,55 ' 1°°~ 87,7' °'
Минимальный (потенциальный) козфициент рассчитанного газа:
2768-74_1ПП~Н??0'
336^55 ~ 100 “ 62,2
Он был бы еще меньше, если бы не вводили паров воды под колосники:
2768,32 — 0,0118*57810 2086,58
*—“3369755”“-” ‘100“W55"‘100=62/o‘
Если смолу и уксусную кислоту использовать иа газификацию , с такими же результатами, какие указаны в приведенных трех случаях, мы получили бы новые к. п, д. генератора.
Так, при выводе максимального коэфициента к 2955,4 кал. мы должны были бы добавить:
(280,15 + 9(56) * 0,877 = 254,08 кал., а новый максимальный козфициент равен бйл бы :
(2955,4+ 254,08) *100 _
3369,55 /о'
Другие коэфициенты будут иметь соответственно величины: 89,2% и 67,3%.
Приведенные числа, характеризуя работу генераторов в разных случаях— без использования смолы и древесного уксуса и с использованием их (последние более сравнимы с соответственными числами для каменного угля)т— хорошо подтверждают положение, высказанное ранее, о повышении к. п. д, генератора с повышением потенциального коэфициента газа/ '
120.
Этот последний при дровах, в случае неиспользования паров воды для охлаждения нижней эоны генератора, значительно ниже, чем таковой для каменного угля (67,3% против 74,9%), что и понятно: даже сравнительно сухая древесина (20% влаги) дает газ много хуже по качеству, чем каменный уголь.
Но при охлаждении низа генератора до той же температуры, как и в случае каменного угля (1000е С), потенциальный коэфициент газа для дров становится выше такового же для каменного угля ^аже тогда, когда смола и уксусная кислота не использо-
ваны и значительно выше при использовании этих продуктов (89,2 против 80,8)>
С увеличением потенциального коэфициента гаэа увеличивается и к. п. д, генератора (95,3 против 92,3 при каменном угле).
Как показывают нижеприведенные соображения, главной причиной такого резкого увеличения потенциального коэфициента газа будет использование внизу генератора тепла разложения клетчатки.
Расчет газа из дров дает, что на 1 кг С дров прихо-0,0118-18
дится разложенных на колосниках паров:
О. 70458
тогда как при каменном угле эта же
величина составляет только:
0,00723-18
-0?735-=°'1S“
В начале расчета газа из каменного угля было подсчитано, что без введения пара газ на колосниках нагревается до 1310° С. Если нагрев его держать не выше 1000 С°, то на увеличение потенциального коэфициента газа остается тепла:
2,881 (7,275-1310 — 7,135-1000) = 6900,71 кал,,
1 кз/атома углерода мы можем за счет этого
т. е. при сгорании тепла разложить:
□ / О J. U
водяного пара, а на J
кг углерода придется паров воды:
0,12-18
~1'2
= 0,18 кг,
т. е< то же, что найдено было по расчету гаэа.
Для клетчатки мы имеем теплоту разложения ее на 1 «з/мол. Н20 —18 400 кал. или :
18400-5
-------— 15 33333 кал.
на 1 га/атом сгорающего в клетчатке углерода.
Принимая теперь в расчет сгорание внизу генератора 1 яя/атома углерода клетчатки, при условии нагрева гаэа не выше 1000° С, мы имеем избыто^ тепла для увеличения потенциального котфИ’ циента гаэа:
15 333,33 4" 6900,71 22 234 кал.
191
Этим теплом можно разложить:
99234
т^г’ = 0,385 кг/мол. ЩО :
и i О i М г
на 1 кг углерода его приходится:
0,385-18
12
— 0,58 кг,
снова получаем ранее найденное из расчета газа число.
Эти два варианта одного и того же расчета дают нам возможность определить ту долю участия в повышении потенциального коэфициента газа, которая приходится на тепло, выделяемое при разрушении клетчатки; это участие оценивается в
11^.100 <
22 234
69%.
Если бы в генератор, работающий на хороших самосохлых дровах (20% влаги в нашем случае), не вводить вниз пара, то температура нижней зоны его поднялась бы до 1800° С, так как -к найденному в начале расчета каменноугольного газа теплу сгорания 1 кг углерода с получением 2,881 о/мол. газа —34 314 кал.— в случае клетчатки необходимо было бы добавить еще 15 333 кал., а при использовании около 0,8 получаемого таким образом тепла на Hai'peB газа
0,8 (34 314% 15 333) — 39 717,6 кал.
мы имели бы при температуре его 1800° С действительный расход тепла:
2,881 *7,495'1800 = 38867,6 кал.
Таким образом температура в нижней части генератора поднялась бы в этом случае заметно выше 1750° С, т. е. была бы выше температуры плавления динаса (ок- 1750° С).
Не удивительно поэтому, что низ дровяного генератора, сложенный даже из динаса, если газ введением пара не охлаждается, довольно скоро изнашивается, оплывает, давня нити тянущегося шлака, часто наблюдаемые у генераторов без колосников и без ввода пара; что чугунные колосники труднее сохранить при одинаковых условиях в дровяных генераторах, чем в каменноугольных, и что последнее обстоятельство : не мало способствовало переходу при дровяных генераторах на работу без колосников.
Нельзя приписывать оплавление кирпича внизу генератора главным образом действию щелочей золы; прежде всего золы в древесном топливе очень мало (обычно не свыше 0,5%), а кроме того из этого количества золы лишь небольшая часть, входя в контакт со стенками генератора, налипает на них, облегчая конечно оплавление кирпича.
Главная причина оплавления — высокая температура внизу.
Вдувание пара воды одновременно способствует и сохранению стенок генератора и повышению потенциального коэфициента газа.
1 оо
Расчеты с газами вообще (генераторным и продуктами горения).
Осушение газа.
Предположим, что дровяной газ предыдущего отдела, потеряв 1/1 часть своей влаги, охладится вместе с тем с 239 до 15(г С, с каковой температурой он и войдет в газораспределительный аппарат печи.
Определим тепло, которое газ имеет при этой температуре и вносит в печь:
СН4.................0,00202 150-10. 68 = 3,236 кал.
С05.................0,00703-150- 9 316 = 9821 ,
П30.................0,02064-150- 8,11'8= 25,104 .
СО + Нц + N»...............O,OSt55-15J- 6 752= 69,438 „
Итого - * » 107,662 кал>
К. il д- генератора в таком случае равен (смола и древесный уксус не газифицированы):
2768.74+ 107^ _ 2876Л
3369,55 3369,55 ’ /0
Определим температуру горения газа, нагретого до 150°, с теоретическим количеством холодного воздуха,
При нагреве продуктов горения до 1700° С расход тепла:
СО). . . . 0,04038 12,141 1700 = 627,03 кал, Нэ0 ... 0.04068. 9,883-1700= 683,47 .
N, .... 0,11662- 7,450-1700— 1470.99 .
Итого. . . 2787,49 кал,
При нагреве до 1800° С:
СО*. . . 0.03038'12.23 -1800=^ 698,70 кал,
Ц30 . • , . 0,0 063 ИОЛ 1S' 1800 — 7'0,73 , Ns . . 0Л1ВВ2- 7,49^1800= 1573,32 г
Итого. . . 29^2,84 кал.
t= 1700 4-
2876.4 — 2787,49
2982^4 — 2787,49
• 100 = 1746° С-
Предположим теперь, что мы значительную часть влаги газа сконденсировали путем пропуска его через конденсатор, с энергичным притоком воды.
При таких условиях мы будем в конце концов иметь систему; вода—влажный газ, весьма близкую к состоянию равновесия; пар будет насыщать газ.
Пусть температура газа понизится до 20° С (она будет немного лишь выше температуры воды, которая в свою очередь несколько нагреется, охлаждая газ)- Lio составу газа мы имеем содержание j нем . сухр.го газа — 0,07760 кз/мол. а парциальное давление его
при7= 20° С (табл. 1) равно (760—17,5) лшили (1,0333—0,0238) ка/слг? поэтому количество пара, насыщающего газ, при 20° будет:
0,07760-
17,5 760—17,5
или 0,07760’
0,0238
1^0333 — 0,0239
— 0,00181 кг/мол.
Состав осушенного генераторного газа:
сн4 . . , . 0,00202 кг/мол. — 2,5 "/а
со3 . , , , 0.00703 „ — 8,9 %
со. . . , . 0,02133 Ъ — 26.8 %
, ц ц 0,01600 , - 20 2 °/о
м2 . . . . . 0,03122 - — 39.3 ^0
HoG . ъ«* . . . 0,00181 ., - 2,3 %
Итого, 0,07941 100,00 .
Газ, нагретый до 20° С, несет с собой тепла:
СН4................... 0.00202-20’ 9.9= 0.40 кал.
СО,................... 0.00703-20’8,909 = 1,25 „
П..0 .................. 0,00181’20’8,00 = 0,29 „
CO + Hj-h?;........... 0,06855’20’0,694= 9,18 ,
Итого. . . 11,12 кал.
т. е. весьма небольшое количество, а поэтому к. п. д. генератора мало будет отличаться от минимального (потенциального) коэфициента газа:
2708,74 — 11 12
3369,55
100 —
2779,86
3369,55
100=82,5%
(потенциальный коэфициент — 82,2%).
В продуктах горения такого осушенного газа влаги будет заключаться :
0,04068 — (0,02064 — 0,00181) = 0,04068 — 0,01883 = =0,02185 кг/мол.
поэтому температура горения его будет выше, чем нео с у шейного. Продукты горения, нагретые до 1800°С, уносят тепла:
СОа.............. . . 0,03038’12.23-1800 - 668,79 кал.
........... . 0,11662.7,495-[800= 1573.32 .
НцО................ 0,02185 10,116-180 = 397.8g ,
Итого. . 2639,97 кал.
Нагретые до 1900° С уносят:
СОа.............. 0,03038-12,311’1900= 710,61 кал.
Ns...............0,11602- 754-1900= 1670,70 .
И50..............0,02185-10,372-1900 — 430,59 .
Итого . . 2811,90 кал.
£=1800 +
2779.86 — 2639,97
2811,90 —2639,W7
100 = 1881°С,
т. е. выше на 1881 —1746= 135еС.
1 ft J
Таким образом для данного случая осушение газа дает довольно заметное повышение температуры горения; при большом содержании влаги осушение газа становится часто неизбежно необходимым, так как применение сырого газа не дает возможности поднять температуру горения до желаемой степени.
Осушение газа ведет к потере значительной доли физического тепла гаэа; в данном случае при охлаждении газа со 150 до 20° мы теряем:
107,66—11,12 = 96,54 кал.,
причем конденсируется;
0,02064—0,00181 = 0,01883 ?;г/мол. водяных паров.
С другой стороны, с продуктами горения осушенного гаэа уходит меньше тепла, чем при газе неосушенном.
Определим ту температуру продуктов горения, при которой потеря физического тепла газа при конденсировании компенсируется меньшей потерей тепла с продуктами горения осушенного газа.
Очевидно имеем:
96,54 = 0,01883 -МС/
где МС^—средняя молекулярная теплоемкость паров воды от 0° до F. *
При f=7 600° ЛГС(/г = 8,393.600 = 5035,8 кал.
ъ J = 700° МС<*1 = 8,469 -700 = 5928,3 п
По данному уравнению:
^с"'(=да’5120'9
<_ . »»» 1 5126,9—5035,8
1 5928,3—5035,8
Ю0 = (112°С.
Нередко с такой температурой (а иногда и выше) дым выходит1 ив генераторов мартеновской печи,
Расчет показывает, что при 612°С конденсация влаги гаэа не только повысит температуру в печи, но и не вызовет вместе с тем понижения к. п- д. всей установки от потери физического тепла газа; при £>612°С выгодность и необходимость осушения становится еще более Очевидной.
Что касается до расходов по осушению, то они безусловно окупятся, так как печь, работающая с осушенным газом, пойдет более ровным и интенсивным ходом.
Условия реэко изменятся, если тепловая энергия дыма будет использована (д'ля сушки, нагрева воды, парообразования), а температура дыма будет заметно ниже 612°С для данного случая.
Предположим, что тем или иным путем мы охладили дым до 200°С; тогда в первом случае (неосушенный газ) тепла с продуктами горения уносится больше, чем во втором, на;
(0,02064—0,00181) -8,152 200 — 30,7 кал.;
при осушении же газа теряется 96,d4 кал., т. е. больше на 66,Й4 кал, следовательно, в этом случае применение неосушенного газа дало бы экономию тепла.
Выражая ее в процентах теплотворной способности дров, получим:
зийг l00~1’9f’ = 2'/"-
4 О О U l7 j v U
Как известно, в целях наилучшего использования тепловой энергии в мартеновской печи (повышения к. п. д. ее), объем регенераторов, при желании повысить теплопередачу в них и понизить внешние потери тепла, не должен превышать определенных расчетных размеров, а продукты горения необходимо утилизировать под паровыми котлами.
Вышеприведенный расчет говорит о том, что при таких условиях выгоднее газ из дровяного генератора не осушать, а пускать его в печь с возможно меньшей потерей физического тепла, т. е. прямо из генераторов, устанавливая их возможно ближе к печи. При этом почти вся смола также поступает с газом в печь, еще больше способствуя увеличению к. п. д. ее.
Удаление влаги самосохлых, а тем более сырых дров в таком случае рациональнее производить путем предварительной осушки их, пользуясь теряющимся жаром печей.
Наконец, если смотреть на всякое сгораемое с точки зрения возможно полной утилизации ценных продуктов сухой перегонки, то, как и для каменного угля, для сгораемых, в состав которых входит клетчатка, необходимо применять дробную газификацию в двух отдельных аппаратах: при низкой температуре в одном и при высокой — в другом; почти вся влага будет очевидно удалена в первый период газификации.
Поверка анализа генераторного газа, t
В объемных анализах генераторных газов нередко бывают' ошибки, которые легко обнаруживаются путем изложенной ниже 1 поверки анализа.
Причиной ошибок является главным образом неполное поглощение СО, в результате \его в газе получается больше чем есть в действительности СН4 и меньше Н2| если последний определяется путем сжигания вместе с СН4 (углеводородами) в присутствии раскаленной током платиновой проволоки, а не отдельно—поглощением слабо накаленным палладиевым асбестом.
Для поверки анализа газа служит отношение углерода газов к тому водороду в них же, который по расчету переходит в газ из углеводородов каменного угля. Это отношение должно согласоваться с величиной его, имеющейся у каменных углей, идущих в генератор-
Лишь у немногих сортов каменного угля 1 оно понижается до 16, в большинстве же случаев оно поднимается до 20 и выше, доходя у антрацита до 33,
] К., Б л ах ер, Теплота в заводском деле, стр. 105—109, 1905 г.
Исключительные по качеству угли с малым выходом кокса И с большим содержанием летучих веществ (главным образом углеводородов), как надгример богхед (кокса 17 6°/н, летучих веществ 82,4%т в том числе углеводородов 75.9%), cannebcool (кокса 44,4%, летучих веществ 55,6%, в том числе углеводородов 47Д%) имеют более низкое отношение :
_С______
1 ^углевод.
(для 1-го около 9 и для 2-го около 13)-
Произведем поверку состава рассчитанного ранее каменноугольного газа, пользуясь приемом, указанным проф. В. Е. Грум-Гржи* майло, и приняв газ но составу таким, каким он мог быть по объемному анализу.
В КП кг/мол. гене? ^тарного г a s а входят;
Х»/м о л. со ст ив гтдх частей га^а Кг/мол, п кг/атомы эл'^гентог?,. образующие газ
С rjjAT, Ua ^г/мол, И, №/М1«Л, Na «г мол.
СЩ- 1,01 1,61 ( 3.32 i _ S
СО..— 4,60 4,00 4,60 Т I _
СО —25.97 25,97 ( 12т99 Л 1
Щ- 16.53 141 16353 1
N5—51,29 1 — 1 141 1 51,29
100.00 I 32,18 I 17,59 | 19,75 ' 51,29
32,18-0,00064 ,
N2 из каменного угля —— = 0,34 кя мол.
UjUol^D
№> воздуха............. . .51.29— 0,34 = 50.95 кг/мол.
Од воздуха................50.^5 ; 3,76_г = 13.54 к?/мол.
Отводы....................17,59 — 13.54 = 4,05 кг/мол.
ВОДЫ...................4.05 -2 = 0,1 кг/мол.
Н3 углеводородов оз каменного угля................. 19,75—8.1 — 11.65 кг/мол.
Отношение ———9.газа~ ... . .
Из углевод, каисн. угля
С _ 32.18-12
На 11,65-2 “
В каменном угле оно равно: 0,06125-12 0,02162 - Г~17’
Точного совпадения нет, так как часть кислорода при газификации пошла: на окисление Fe и S из FeS,.
Поверка показывает, что газ соответствует пошедшему в генератор каменному углю, а- само по себе отношение:
------= 1В,6 2 у/левод. кйыен, угля ।
говорит за то, что газ является вполне возможным,
Возьмем теперь другой гаэ, взятый из книги К. К, Дихмана (Der basische Herdofeiiprecess, стр, 64); состав его на 100 кз/мол. и разложение на отдельные элементы указаны в табл, 38/
Таблица 3S,
В 100 кг/мол. геператшрпшго гава в х о д Д т;
2Л/мол. сост аняыт частей гава JCwмол. п кг/втомы элементов г обраэуьзщнз таа
С «г'ат. <)а хт-'мол. На «.1,'мол, Na «с/ноя.
СО3- 7,0 7.0 7,0 -
СО — J8.0 18,0 9,0 —
СН<— 1,2 1,2 2.4
Щ—15,0 • 15.0
я, 1 о см 0,3 —
N2 —58,5 0 — Ь 1 «*ч □8,5
г 100,0 26,2 ю.з 17Д 58.5
Еели по предыдущему взять содержание в газе N2 угля 0,3 кг/мол., то для Ый воздуха получим:
для О2 воздуха:
для О2 воды:
для Н2 воды:
58,5—0,3 — 58,2 кг/М0Л.,
58,2 : 3,762 — 15,47 кг/мол.,
16,3— 15.47 — 0,83 кг/МОЛ..
0,83 2 = 1,66 кг/МОЛ;
для Н2 углеводородов из каменного угля: 17,4—1,66 = 15,74 кг/мол.
Отношение;
гнва
н2
углевод, KB-МёЩ yrJlff
26,2,12 157,2
15,74.2 “15,74 10'
С
т. е* гаэ приведенного состава мог образоваться только из углей, подобных богхеду, что конечно не могло иметь места.
Эта неточность состава газа, приведенного К. К, Дихманом, была отмечена в свое время проф. В. К Грум-Гржимайло в его рецензии на книгу К К Дихмана,1
Общая формула поверки расчета газа по составу каменного угля:
О гав -________ в__ С кам. уг.
2 П /к - ^гв,в " , ---1 Ннпам.уг;—2 О 2 кам, уг.
ОггМ-1«гг1И Смм. уг< J 7<)
н п2 гав
где химическими значками обозначен в молекулярных объемах элементарный состав: в первой части 100 да/мол. генераторного газа, во второй—100 кг каменного угля.
Для перехода к весовому отношению — углерода в каменном ут;ле к водороду его углеводородов — необходимо числитель обоих отношений помножить на 12, знаменатель—на 2,
1 )К. Р. М. О. № 2, стр. 301, 1010 г.
(ПО
Поверка анализа дыма.
Поверка производится по азоту после предварительного учета избытка воздуха сверх теоретического.
Горение каленного угля. Из примера, приведенного в табл. 3 (13-ая строка), находим состав дыма без паров воды и сернистого газа, т. ец определяемый объемным анализом :
СО2............11.18%
Ns.............81,99%
Os............6.83%
Избыток воздуха:
_ S1>" _ .
П “81,99—4 ~1,Р>
т. е. полуторный.
По составу угля и дыма; О72
'12-0,1118
дыма — на 1 кг каменного угля получается
(О 7^-2^ 4 \
T^iTi^12,02 1
расход Na воздуха на 1 кг каменного угля (7-я вертикальная колонка табл. 3).
0,293.1,5 га/МОЛ. (0,293 1,5 22,4 ” 9,8448 л/?).
Содержание N. в дыме должно быть:
. . .. к ™ 0,72 0/293-1,5-100'12'0.11 18
-1.5-1»»: 12.0,1118=--------------------'.......— »<.»•/,
0,72
или:
9,8448.100
ь /0'
Следовательно, в данном случае анализ дыма соответствует анализу газа,
Общая формула для поверки анализа дыма по азоту:
100-12'А'^[ССМд.
Г —14 2. Д. W
Ь ИПМ, П) где:
Аг— расход в wa/мол. Na воздуха на 1 кг каменного угля; п — отношение действительного расхода воздуха к теоретическому;
[С02]д., уг и \д — процентное содержание СО с, в дыме,
С — в угле и N3 — в дыме. £ 1
Если обозначить через:
А —расход азота воздуха па 1 кг угля (А =Д-22,4),
т —количество дыма, получающегося с 1 кг угля:
ж ™ Р кпя2,.уг- ц 2-М \
СО^ 12 / > то очевидно имеем:
N . о,. . 100^-»
П ч1
199
Обозначив через L л:’ количество воздуха, необходимого длй сжигания 1 к?, угля, имеем :
.. 70.L.W
__________ 4
Гореппе газа. При гор, нии доменного газа (табл. 2) получается дым состава (без паров воды):
X.. . . 75,8 и;1л . 1,88%
По нему и по составу газа определены величины
= 1.837 и «-=1,2.
Проверим состав дыма по анализу его и доменного газа,
При сжигании 100 доменного гаэа расходуется (табл. 2):
(53,2*1,2 = 83/34 азота воздуха;
при пересчете на ioojP дыма получим этот расход:
83,01:1,837 =45.2 jP.
В 100 доменного газа заключается 56,2 х»; при пересчете
его на 100 дыха получаем:
56,2: 1,837 = 30,50 30.(1 лЛ
Следовательно в дыме, по анализу его, азота воздуха приходится :
75.8 30,6 = 45,2 J/3,
что совпадает с рассчитанным выше по газу количеством его.
Общая формула:
д = <1%^-, (2)
где К2 д. и No г. — процентное содержание азота в дыме и газе .4—объемный расход азота воздуха на юо объемов газа;
п — отношение действительного расхода воздуха к теоретическому ;
т — отношение объема дыма к объему сгорающего в нем газа.
Обозначив через L jz3 расход воздуха для сжигания юо газа, имеем:
На практике трудно ожидать очень хороших, а тем более полных совпадений расчетного процента азота и полученного ио анализу ; трудно уже потому, что далеко не всегда можно ожидать хороших совпадений анализов проб угля, газа и дыма с действительными, средними за время наблюдения составами этих веществ.
Обычно газ поступает в горение с некоторым содержанием влаги, которая переходит в продукты горения, причем к последним присоединяется также и влага от сгоревшего водорода газа.
Определенная по анализам газа и дыма (прибором Орса, т. ё. за выключением влаги и SO2) величина т (количество л3 дыма на 1 jz3 газа) будет поэтому несколько отличаться от действительной.
При точных расчетах необходимо при анализах определять влагу как газа, так и дыма, и вводить ее в объемный состав того и другого, делая поправки на давление.
Расчеты несколько осложняются, когда в состав дыма входит также часть не сгоревшей СО газа.
В качестве примера при расчетах с поправкой на влагу и при неполном горении возьмем доменный газ приводимого уже выше состава:
СО.................. 12°/0
СО ................... 28%
Щ -................... 3%
СН4...................0,6%
С3Щ...................Оь2%
N3.................56,2%
Предположим, что на 1 ж3 сухого газа (0°,760 juz) приходится 63 з влаги; следовательно, при указанных нормальных условиях на 1 ж3 сухого газа приходится:
0,083,22,4 "18
— 0,0784 ж3 влаги.
Если давление газа в трубе превышает наружное (нормальное, скажем, в 760 мм) на 5 мм ртути, то имеем объем паров воды с поправкой на давление.
0,0784-760
“ 765
— 0,0779
ж3
или на 100 м3 сухого газа—7,79 м3.
При пересчете на 100 ж3 влажного газа имеем:
соа......................11,13%
СО ......................25ь98%
1Ь.................... - 2,78
СП4 .......................0,56%
СДЦ.......................0.19
Na.......................52,14%
Н20......................... 7,22% 1
Предположим далее, что полного горения газа не произойдет и часть СО в количестве 3% останется не сгоревшей, причем при процессе горения будет израсходовано 1О,3°/0 воздуха сверх теоретического.
В табл. 39 в скобках рассчитан кислород воздуха при теоретическом горении (14,57 ж3).
Избытка 02 воздуха, остающегося в продуктах горения,
14,57-0,103 = 1,5 лР
как раз хватает для дожигания СО продуктов горения.
1 Изменения температуры газа выше точки росы на проценте влаги и гаве, как и вообще на процентном составе газа, не сказываются.
Таблица Sih
Н* 100 гнив Получается н продукта* горепня
1 1 СО j н,о | 0, i Итого
1 СО.—11,13 1 11,13 1 1 - I
СО—25,98 22,08 3,00 i । |И ч (11,49) 14,57 + 1,50
Н3- 2,78 F4 • • 2,78 (1.39) 16,07 16,07 X7G
СИц- 0f5G 0,Г)6 1,12 / (1,12) 21 60,45 •-
CJV 0,19 0,38 —• 0,38 (0,57) •-
Н —52,14 — ь (14,57)Х Ход з 52J4 —
IL0- 7,23 •- •- i 7,23
100,00 35рО5 3,00 1 11,51 1,5 112<Г)9 163,65
| , — .. — - _ . . * 1 , • — • .. — . ——... 1 1^.
В % до объему. . 21 + 1,83 р рОЗэ 0,91 Г> 63,8 100
i
ж =
Количество продуктов горения совершенно точно определяется согласно ранее проводившейся формуле:
25,98+0,56 + 2-0,19 38,05
21,12 +1,83 ' 23725
Если считать избыток воздуха против того теоретического количества его, которое необходимо для полного горения газа без остатка, то, при наличии в продуктах горения СО, он определяется по формуле:
2°-) . ™ - юо 2 J 21.
" /Nir. ,
N,,.
____ 79\
m 21 /
а для данного случая, ввиду того, что избытка воздуха нет:
СО Л
Оэ----— °»910 ™ “2 = °,
(4)
т. е, при заданном воздухе весь газ мог бы сгореть полностью»
Выло бы ошибочно, как это иногда делается, определять объем продуктов горения заданного газа, исходя из анализа дыма, и притом так, как будто весь газ сгорает полностью с теоретическим количеством воздуха; в этом случае мы выкинули бы из продуктов горения кислород и получили бы на 1 м* газа не 1,6365 а' 1,6215 ж3 дыма; ошибка оценивалась бы примерно в 1°/0»
Определение объема продуктов горения по углероду газа и дыма^
Л. иЧ.
учитывая при точных расчетах и С сажи дыма, даст наиболее надежные и быстрые результаты»
Если бы было желательно определить по анализу дыма избы-
ток воздуха против того теоретического количества его, которое действительно пошло на горение газа (неполное), то вместо формулы (4) надо пользоваться обычной:
CV'i'-ioo
No л.
11.
TS44- 21
- ... _ - -- 10,28 10.3%.
79\ 33, □
217
Обычной же формулой надо пользоваться и при проверке анализа дыма;
Л-м + ГФгг. СО,45 +52,14
т “ 1,6365
= 68,8%
Содержание СО в дымовых газах (а%) и вычисленная величина т дают возможность определить часть несгоревшей СО газа в процентах (»»«%)> а по этой величине — уменьшение теплотворной способности газа.
1,83 • 1,6365 == 2,995 S 3%.
Необходимо сказать, что часто ^приходится иметь дело с тепловыми подсчетами, в которых анализ продуктов горения не соответствует анализу заданных в горение газов при том избытке воздуха, который определяется по составу дыма и газа.
Несовпадение не может конечно не повлиять на правильность результатов подсчета материального и теплового балансов процесса.
Расчет газогенераторов.
Общие соображения» 1 *
Обозначив через:
Н — высоту генератора,
ш—среднее сечение шахты генератора,
S—площадь колосниковой решетки,
= А и —отношение среднего сечения генератора или
столба сгораемого в генераторе (oij, к площади колосниковой решетки,
Н\ — высоту сгораемого в генераторе,
Qm3— количество топлива, сгорающего в сутки на 1 м** колосниковой решетки — имеем:
1) объем генератора A*H*S\
2) объем топлива в нем
1 А, Шуп а е, К вопросу о генераторах» Горный Журнал, III, г-
М, А» Павлов, Исследование генераторных газов Холуницких и фнутнпнекого
заводов. Горный "Журнал, IV, 18GI г»
3) количество сгорающего в сутки топлива Q-S;
4) время пребывания топлива в генераторе (в долях суток)
А..Н, D, 11ГЛ
L7i—= —7i L == в (в часах 24 В);
5) отношение объема генератора к суточному расходу топлива:
A>H-S ~Q'S~ Q
6) отношение объема генератора к объему топлива, в нем заключающегося:
А-Н^ А'Н _ О
A.H.S "" " В'
При топливе, загружаемом без зазоров между ним и стенками шахты (каменный уголь, торф, опилки и пр.) очевидно имеем:
О _ Н
В ' Ж’ ’
При проектировании генератора необходимо иметь в виду две существенно важные и различные для разного вида топлива величины Q и В; из них В изменяется также в зависимости от изменения качеств одного и того же вида топлива (влияние содержания влаги и пр.), причем при расчете генераторов принято, что при разном содержании влаги в топливе, к колосникам, тем не менее, топливо должно подойти одинаково подготовленним во всех случаях: чем больше влаги (сырье, крупные дрова)т тем выше должен быть генератор»
С уменьшении удельного веса сгораемого увеличивается зна-0
чение Л, в противоположность изменению отношения , величина которого зависит впрочем и от условий работы и от конструктивных соображений.
Таблица 40.
i । КПКСППЫit рТ ОЛЬ Дрона Торф п суррогаты (оп<?пкц iv пр,\
л 1 1 3 Сн ка- = sura а. i i !ГХПС и МСЛ]£0-я 01 ые >7 Я * W 1Л « S 5 >• ч ь и 3 5 О „ а Д .» - о • 2 м г- 1 2 о л S 3 о се к ь ^7* О X ►4 1Д 2 £ з г Ф к* ь f ГТН5ГВ J
у' _ и м-,1 4J О М й е О Рн Н О <j • Г
if (сутки)! i 4,5 0,45 4 0.5 8,5 0,55 30 0.85 30 од зо 0,45 (0,5)* 24 0.5 1 24 0,6 . 24 0.7 и бил.
С I в 1,4 м 1,4 J,3 1,8 1,3 1,2 132 1,2
л ; || 1 I 1 1 1 (2,75) 2 (2,75) 2 (2 Тэр 2,5 2.5 2,5
Л Числа е скобках для Аша-Балашевского генератора*
131
В табл. 40 на основании данных практики указаны значения С
величин: ft и по КОТОРЫМ можно определять размеры профиля генератора для главных видов топлива, пользуясь основными формулами:
1) Л-.= б,)'( и 2) «)—
Профили генераторов и примеры расчетов.
Каменноугольные генераторы. Каменноугольные генераторы проектируются теперь на большую суточную производительность (16—20 га и выше), круглые, в железных кожухах, с гидравлическим запором внизу и с механическим удалением золы, что достигается или вращением особого механизма в золе, или вращением нижней чаши с золой; пользуясь вращением иногда приводят в движение весь слой золы и часть несгоревшего угля, что при легкоплавкой золе мешает ей спекаться,
Равномерность завалки угля достигается особой системы засыпными механическими устройствами,
В лучших генераторах шуровка заменяется механической агитацией угля.
Стенки генератора чаще делаются сверху донизу вертикальными, реже в нижней части они немного суживаются (до 0,9 диаметру).
В виде примера рассчитаем генератор с суточной производительностью в 18 га; уголь сред[1их качеств,
Имеем:
Q=4 ж:! = 4-800 = 3200 кг,
следовательно.
в 1 час):
напряжение горения (на 1 сечения генератора
3200
24
^133 ка.
С
В = 0,5 (12 час,); ^ = 1,4; С'= 1,4,03 = 0,7,
Сеченпе
генератора:
18 000
3200
— 5,63 л*3.
,/ 563-4 игенер.— у ——=2,00
Л.
Высота слоя каменного угля над шлаком, не учитывая пока горения угля:
4» 0,5 — 2,0 л-.
Чтобы учесть толщину слоя угля, принимая во. внимание по-' стоянный переход его при горенип в золу, возьмем содержание ее в угле 15% (лабораторное определение) и вес 1 л;3 золы — 1 800 тогда па 1 угля чистой золы при горении получается:
J.5'800 100"Л800
= 0,07 .И3.
4
Предположим, что в генераторной воле имеется Ю°/о несгоревшего угля (вернее кокса). Если мы обозначим через х процентное содержание этого кокса от веса угля, то х определится из уравнения :
---— — Л или X = -7 — 1)7%, 10 9 01
т. е. на 1 Jt3 каменного угля дополнительно к чистой золе при горении получается кокса:
800 0,017 = 13,6 mf
а объем его при весе 500 кг?м*'.
. 1 “ S 0,03 л
Всего генераторной золы на 1 лг3 угля при сгорании его получится :
0,07 Д- 0,03 = 0,1
следовательно, толщина слоя угля от поверхности засыпки и до окончательного перехода его в генераторную золу будет не 2 .и, а:
14 ОД
2< Д = 2'0,55 = 1,1 Jf.
Объем угля в генераторе; 5,63'1Д^0,2
Высота генератора от верхней точки вращающегося или неподвижного устройства для подачи воздуха и до перехода вертикальной стенки генератора в свод:
- — 2,8 3ft
Часть свободной высоты генератора: 2,8—1,1—1,7 л/, займет газопровод (D—0,9—1 л)д слой золы (около 0,3—0,4 ji) над колпаков колосников и до угля и свободное пространство х между поверхностью засыпи и нижней кромкой газоотвода (0,4—0,3 л).
Если при газификации в золе не будет оставаться заметных количеств кокса, то интенсивность горения можно поднять до
4,о % что дает в час.л2: —--—^150 кг>
В этом случае при неизменной величине В = 0,5 (12 час.) толщина слоя постепенно сгорающего угля повысится до:
4,5'0,5'0,55 = 1,24 м.
Суточный расход угля повысится до :
4,5 • 800 • 5,63 = 20,27 т.
Дровяной генератор. Род топлива не позволяет делать этот генератор произвольных размеров/как для каменного угля: размеры его находятся в строгой зависимости от размеров дров»
1 Для расчета D газопровода борется скорость газа (СРД6О лм*) 1—1,5 л.'сек
В виде примера рассчитаем генератор с суточной производительностью в ВО м* сухих и мелких дров, при длине полена в 1
Размер поперечного сечения генератора по длине дров может быть только кратным длине полена с припуском на зазоры как между поленьями в ряду, так и между стенками генератора и-поленьями (во избежание кострения дров), Практика показала, что при большой площади сечения генератора стенки его легко выпучиваются и требуют частых ремонтов, поэтому предпочтительнее устраивать большее число генераторов малого селения, хорошо скрепляя их в общей батарее»
В силу изложенного, берем размеры сечения генератора: по длине дров 1,15 м (по 75 мм зазоры) и по ширине 1,75 м\ площадь сечения генератора:
1,15 1,75 = 2
а при >4 = 2, имеем отверстия генератора внизу:
=1 м2 = 1 X 1 л/,
что как раз соответствует по интенсивности горения заданной производительности,
Переход от 2 сечения шахты на 1 м2 сечения внизу выполняется так: в размере сечения генератора, соответствующем длине полена, делаются при переходе в зольник уступы с каждой стороны по 75 мм; в размере направления, перпендикулярного первому — с помощью откоса высотою до 1 лц Выше уступов и откосов стенки шахты генератора вертикальны»
Рабочие окна (одно или лучше два—по одному с противоположных сторон) шириною в 1 м перекрываются чугунными досками на уровне перехода шахты генератора внизу в зольник.
В последнем могут быть колосники — простые, ступенчатые, или их совсем может не быть, но во всех случаях в зольник необходимо вводить пар с таким расчетом, чтобы температура газа вверху генератора не превышала сильно 200° С»
Для данного примера имеем:
В ~ 0,35 ; -^ = 1,3 ; С= 1,3 > 0,35 = 0;455;
—= 6,82 м, £
следовательно:
С _А'Н _ _
В~ ЛАЦ V ’
со — 2; (Uj = 1,75;
Если взять генератор с отверстием внизу не в 1X1 = 1 лса, а в 1,5 м2 (1,2 х 1 >25), то при размере дров в 1,5 м шахте придется дать сечение:
1,65 X 1,8 = 2Д7 лг2,
причем А — — — 2.
1,5
Расход дров в сутки
30 X 1,5 — 45 л/3,
При тех же сухих и мелкоколотых дровах высота генератора остается как л в предыдущем примере — 6,82 м, для дров—6 я.
Но если расчет произвести для сырых дров, т. е. при
В — 0,45 и С — 1,3 • 0,45 = 0,585, то мы будем иметь высоту генератора;
Я—
^^- = 8,78 &
Л1}
2,7^1,3
всех примерах высота дров в генераторе переходом в уголь и золу объем дров
а высота дров в генераторе (Я2) определится так:
Ш ' II
—-JY- = 1 >3 при ф ---< = 1,5 ‘ 1,8 = 2,7ц
» Л;
гг 3-8,78
Нг~ - “<^- = 7А5 я.
В действительности во будет меньше, так как с уменьшается.
Аша-Балашевский завод на Урале выработал другой тип генератора при работе на дровах, около 1,5 ж- длиною: он значительно уменьшил высоту генератора за счет уширения его в направлении, перпендикулярном дровам, причем в продольном сечении генератора в этом же направлении мы имеем две сложенные широкими основаниями трапеции, тогда как в сечении по направлению дров шахта имеет сверху донизу один и тот же размер, равный длине полена + зазоры.
Внизу лишь на высоте не более 0,5 я этот размер при помощи скошенной части переходит в соответствующий размер суженной нижней части»
Отношение среднего сечения генератора к наименьшему внизу—2,75»
Такой генератор, с длиною боковых стен до 3 м, менее устойчив, больше требует ремонта, но зато дрова поднимаются на меньшую высоту.
При сырых дровах лучше брать В = 0,5 суток,
Расчет Аша-Балашевекого генератора. Задаемся длиною дров 1,5 м и наименьшим сечением внизу:
1,2 X 1,25 = 1,5 лЛ
При А —2Т75 имеем среднее сечение генератора:
2?75 X 1,о = 4,13 я? ;
при и -В —0,5 имеем:
С=0?65 П „ 0<G 30-0,65
Объем генератора:
7,0 X 4,13 ^28,91
Приняв высоту заплечиков в 2,4 м и размер в распаре В Mt определим размер шахты вверху —а? из уравнения (зазоры между дровами и шахтой—150 aim):
(1,2-1- -I О
откуда 3,795-х= 9,21 ; ж==2,1 ли. 2 4
Угол уклона заплечиков — с/ (при tga = --— 2,67) около < °*9
70 —вполне допустимый, Второй размер среднего сечепия генератора:
4,13 : 1,65 — 2,5 м2.
Среднее сечение дров в генераторе:
2,5 X 1,5 = 3,75 м'-\
Примерная высота дров в генераторе;
22,5:3,75 = 6 * L
Она будет несколько ниже, так как внизу заплечиков обугленные дрова уже рассыпаются, переходя частью в золу»
Торфяной генератор» Торфяной генератор обычно имеет вверху идущую на конус или цилиндрическую шахту, а внизу—заплечики, переходящие в зольник круглым отверстием, которое и берется в расчет при определении размеров генератора (шведская система).
Колосники в золыгике устанавливаются наклонно, опираясь на трубы, охлаждаемые водой.
Необходимый для горения воздух вдувается вентилятором»
При достаточно сухом торфе прибавляется пар,
Рассчитаем генератор с суточной производительностью в 72 м* торфа средних качеств»
72
Сечение генератора внизу: - г = 3'л-, диаметр его 1,95 л, еле-24
дователыю средняя площадь сечения генератора:
3» 2)5— 7,5 лЛ
Высота слоя торфа в генераторе:
т; 24-0,6 ц
771 — — — 5, j о м,
Л = 0,6; ^ -=1,2; С= 1,2.0,6=0,72;
2-Ь’ - 6 9 ,н.
_____________ А 2,5
1 По расходу дров в 12 часов — времени пребыванья их в генераторе) пли тг ш Я _ 4»13 - 7
“ WjT’i 3,754,3
— О 4L
*
Сделаем переход от среднего сечения к сечению профиля гене-: ратора, принимая для простоты верхнюю часть генератора цилинд-] рической с диаметром х.
Заплечики берем высотою:
0,3-6,9= 2.1 Jt;
тогда высота цилиндрической части генератора равна:
6,9 —2,1 = 4,8 м. Очевидно, имеем:
'4,8+ -1 .к-2,1 • J) = 7,5.6,9
или;
4,317 + 1,099 х — 49,552 О
2 = 3,5 ле.1
Задаваясь уклоном стенок конической шахты нетрудно от среднего сечения перейти и к более сложному профилю, состоящему из двух сложенных широкими основаниями конусов,
При расчете дровяных или торфяных генераторов лучше брать наибольшие величины для В (0,45; 0,5 и 0,7), так как обычно нельзя быть гарантированным, что сырые дрова не пойдут в производство.
При сухих дровах в зольник придется вводить в таком случае больше пара, улучшая этим к. п» д. генератора.
Примеры конструкций генераторов,
. Дровяной генератор (рис» 17). Задание. Спроектировать гене-1 раторную установку для мартеновской фабрики с суточной производительностью в 300 т мягкого металла» Сгораемое—дрова, длиною 1,5 м\ расход дров — 55% от веса металла; суточная производительность каждого генератора — 45 л3.
Расчет установка Необходимое число генераторов (вес 1 лга дров — 0,375 т) будет: Л, = 10 шт» Принимая 2 запасных
имеем: 104-2 = 12 шт.
Генераторы располагаем в две батареи по 6 в каждой»
45
Площадь колосниковой решетки каждого генератора — = 1,5 лга; 30
сечение шахты генератора 1,5»2 = 3 лгац
Размер сечения шахты вдоль дров; 1,5= 1,65 м> по-3
перек = —- = 1,8 лг.
1,65
(J
При влажных дровах: 3 = 0,45; -^ = 1,3;
С ж 0,45 • 1,3 ™ 0,585;
О конструкциях торфяных генераторов см. Горный Журнал, II—-5, 1895 г» (статья Ви Е. Грум-Гржимайло)ц Того же автора ^Пламенные печи*, часть IV — V, стр. 5,
Л Ль
высота генератора?
тт Q-(7 30-0,585
878 8,8 Л/,
л 3
Высота дров в генераторе (77J:
if.
Я1 = __ “ »1,3
где — сечение, занимаемое дровами 1,5-1,8™ 2,7 м.
„ 3-8,78
Я1==2У.и
Диаметр газопровода. В одну секунду сгорает дров:
45-375
24- 3000^ 0,2 Кг'
По расчету на 1 кг дров получается газа (О°,76О — 2,192 м3>
следовательно секундное количество г|за: 2,192X0,2 = 0,439 л3.
Принимая скорость газа в газопроводе (0°,760 леи) — 1 л/сек. имеем сечение газопровода 0,439 м2 и диаметр его d — 0,77 м (берем 750 мм). Диаметр воздухопровода. В 1 сек. в пяти действующих в- каждой батарее генераторах сгорает 0,2 X 5 = 1 кг дров.
По расчету на 1 кг дров для действия генератора приходится подавать воздуха (первичного) — 0,85 _иэ; таковым же будет следовательно и секундное количество воздуха.
При подводе воздуха с обеих сторон батареи и при скорости воздуха в 10 м мм), имеем площадь сечения каждого воздухопровода: .
= 0,0425 м‘,
а его диаметр d — 0,234 м.
Расчет трубок, подводящих воздух в поддувало. С одной стороны у пяти генераторов их всего 10; сечение трубок 0,00425 J*3;
d ‘ - 74 Эё 75 мм.
Расчет паропровода. Скорость пара при давлении в 8 атм. v = |/2 gh = 2-9,81 -80 =40 л</сек.
По расчету расход пара —0,01324 кг/м на 1 кг дров; следовательно, секундный расход пара;
0,01324 22,4 0,2 • 5 = 0,295 м\
Сечение паропровода с каждой стороны:
——^- = 0,0037 м2-, d = 69 .и.и -" 7О мм.
Сечение каждой паровой трубки, насыщающей паром воздух подводимый в зольник;
°’^37 = 0,00037 Ла; d = 21 ММ.
Расчет коллектора для газа. Из пяти Генераторов каждой ба-тареи поступает газа 0,439-5 = 2,195 ^3/сек-
При скорости газа (0°,7С0 Л.и) в 1 л имеем 1,7 ,u.
Генератор снабжен шуровочной коробкой системы, И. XL Смирнова. Она вполне герметична, так как имеет два водяных запора — вверху (крышка .4) и внизу (клапан В, охлаждаемый водой).
Устройство коробки следующее. На колошник генератора укладывается чугунная коробка-плита GС, наполненная водой. На уголки d,. привернутые к этой коробке, опирается, опускаясь своими нижнимп кромками в воду, железная коробка е, к которой, в свою очередь, прикрепляется собственно шуровочная коробка f; вверху ее имеется жолоб, в воду которого спускаются края крышки а по заполнении дровами загрузочной коробки.
Дрова укладываются на два створчатых клапана д\ на ось вращения этих клапанов надеты рычаги h с грузами (для уравновешивания только клапанов) и рычаги К, шарнирно соединенные со стержнями t и дальше с тросом т, который и удерживает дрова на клапанах (при загрузке их в коробку), будучи укреплен другим концом к особому, ниже указанному барабану, укрепленному на оси г. К тросу прикрепленному с одной стороны к короткому рычагу крышки а, подвешивается железная рама о, для которой болт р служит осью вращения. По раме на роликах w может перекатываться клапан причем движение его управляется рычагом q, свободно насаженным на оси г; рычаг q с коробкой соединен шарнирно при помощи стержня 5. Когда крышка а открыта (загрузка дров), то рама о опущена, и клапан Ь герметически пе« рекрывает загрузочное отверстие генератора, так как кромки его погружены в воду коробки-плиты СО,
При опускании крышки а после загрузки в коробку дров, трос п поднимает свободно висящий конец рамы о, и тогда клапан можно откатить направо, открывая таким образом колошник генератора. После этого маховичком t вращают ось г, на которую с помощью небольшого барабана прикрепляется трос т от клапанов д, Последние опускаются, и дрова поступают в генератор. После обратного передвижения маховичка t и рычага q (для закрытия клапанов g и надвигания клапана Ь) открывают крышку а (одновременно клапан Ь опускается и герметически закрывает колошник) и приступают к новой загрузке генератора. Ролики v служат для откатки всего засыпного аппарата (после соответствующего поднятия его) в сторону при необходпмостп какого-либо ремонта как вверху генератора, так и в самой засыпной коробке.
Как видно из рис. 17, газоотводная труба имеет в первом своем колене уклон от генератора, что надо считать целесообразным, так как не следует загружать генератор лишней работой по перегонке смолы, стекающей в него обратно, если уклон трубы делать в сторону генератора. С помощью стояка А смола и успевшая накопиться от конденсации пара вода стекают в коробку В, откуда они и убираются от времени до времени.
, С — предохранительный (на случай взрывов газа) клапан; через него же производится и чистка первого колена трубы.
Газоотводные трубы полезно футеровать внутри тонким слоем кирпича (х/1— 1д2 кирпича). Это дает возможность производить
1
в Теченйе кампании печи очистку труб от накопившейся в ний спекшейся смолы и сажи путем выжигания их.
При применении подсушенных в сушилках дров (пользуясь теплом дыма), футерованные газопроводы должны быть возможно короче, чтобы меньше терять физического тепла газа от генератора до печи, благодаря чему к, п. д, всей установки будет выше.
При таком устройстве газопроводов (футеровка и возможное сокращение их длины) в печь поступает и часть легких, не успевших сконденсироваться, смол. ;
Уход за дровяными генераторами несложный.
Вверху на колошнике необходимо следить за своевременной загрузкой дров, ни в коем случае не допуская резкого понижения уровня их в генераторе, так как это сильно ухудшает качество газа. Глубина опустившихся при горении дров определяется при помощи щупа —- железного стержня, вводимого через отверстие на фланце завалочной коробки; отверстие это обычно закрыто штырем. Необходимо придерживаться правила, чтобы генератор был по возможности полным; загрузка должна производиться, как только в генераторе освободится место для загружаемых дров. Дрова должны быть по возможности мелкоколотые (не свыше 2—4 вершков в поперечном сечении), одномерные и должны более или менее правильно укладываться в загрузочную коробку; раэномер в дровах по длине, а также небрежная укладка их в коробку может вызвать кострение дрор в генераторе и ухудшение вследствие этого качества газа,
В виду того, что древесная зола очень тугоплавка, уход за генератором внизу также несложный и заключается в выгребании от времени до времени скопляющейся золы и в чистке колосников, если таковые применяются. Лишь в исключительных случаях, когда имеют дело со сплавными дровами, вносящими в генератор-речной ил, или, если низ генератора не охлаждается вдуванием в зольник генератора пара, небольшую часть золы приходится удалять в виде спекшихся кусков; спеканию части золы способствует ил, и оплавляющаяся при высокой температуре футеровка генератора.
Обычно дрова доставляются на генераторную площадку по Широко- или узкоколейным путям в вагонах. При крупной генераторной установке может оказаться выгодным применение подвесной дорожки, по которой дрова доставляются в особых коробках, загружаемых на складе дров. Коробка задерживается непосредственн над загрузочным аппаратом, а дрова по раскрытии коробки, п добно грейферу, выбрасываются в загрузочный аппарат. Опор жненная коробка автоматически закрывается и идет по воздушно пути обратно на склад.
Торфяной генератор (рис, 18). Задание. Спроектировать i фяной генератор с суточной производительностью 80 тс средней сухости.
Анализ торфа (в процентах)
с . , . 89,а s , , , о,з
. , , 5,1 Золы , 6.3
Оа , , 22,5 На0 , .25,0
Na . . 1,4
Шахта генератора коническая с отношением
Я колошника
-------—. = о, 8 о;
D распада
высота заплечиков равна 0,3 всей высоты генератора.
При проектировании обратить внимание па:
1) подвод воздуха (сделать его более удобным),
2) удаление золы (производить ее, не останавливая работы генератора).
Расчет генератора, Сечение генератора внизу:
F= |^ = 3,23 т. е, rf=2,03 = 2 .и.
м* I
Средняя площадь сечения генератора:
3,23-2,5 = 8,1 .и»;
диаметр его 2>0 = з,2 .и.
у
При 7? = 0,6] и -^= 1,2 имеем:
<7=0,6-1,2 = 0,72.
Высота генератора:
„ р-С 24-0,72 о Л
я—в,9Л.
Высота слоя торфа в генераторе:
24-0,6
-’.'О
Сделаем переход от среднего сечения генератора к сечению действительного профиля (рис. 19).
Высота заплечиков:
Д = О,ЗЯ=О,3-6,9 = 2,1 м.
Следовательно, высота шахты:
Я—^ — 6,9— 2,1— 4,8 м.
Очевидно имеем:
4“т7'2-1(да+7?-г+га)+
О
1 г 7) з
4-A-3t.4,8 [Я4 —2?-0,85 7?4~ (0,85 2?)2] = -/-Я.
3 4
Подставляя Н = 6,9; г = 1; Da — 3,2, имеем
4,82 Ж^ + 0,7 7? — 16,96 = 0,
-куда
7? = 1,8 М.
D — 3,6 М И 0,85 17 = 3 м.
Объем генератора:
8,1-6,9=55,89 = 56 м\
В. Е. Грум-Гржамайло принимает В =*= 0, 2& („Пламенные печн", ч. IV, стр. 5) читаем эту величину чрезмерно малой для торфа с его влитой.
ir4
Рлс. 17.
1 i2L Jjи* Гы’ s:T,7/?
KtotkMia.
Pn^
Угол наклона шахты — 86'W, заплечиков — 69°ЗО' — в Пределах допуска. Стены генератора внутри выложены из шамотового кирпича, снаружи —из красного; между железным кожухом и красной кладкой слой шлака, толщиною в 40 ж.
Кожух скреплен железными кольцами и вместе с кладкой покоится на 6 клепанных колоннах, установленных на бетонном фун-
даменте, Передача давления на колонны производится при помощи чугунного кольца а с промежуточной железной прокладкой.
Для равномерности хода генератора применена система колосников в виде корзинчатой решетки; уложенные по образующей конуса с уклоном в бол, чу* гунные колосники упираются в чугунные, охлаждаемые водой, трубы в 100 мм диаметром; трубы покоятся на 6 укрепленных к колоннам кронштейнах Ь и на'стольких же чугунных стойках d. Охлаждающая трубы вода поступает по водопроводу О (разрез по ABCD) в нижнее опорное кольцо, из которого — в диаметрально противоположной стороне—через патрубок (не видный на рисунке) идет в верхнее кольцо и дальше в отводную трубу.
Воздух из кольцевой трубы К четырьмя рукавами д (d = 120 Jtu) поступает в помещение зольника, закрытое во время работы барабаном X причем верхние и нижние кромки барабана находятся в воде.
Удаление золы как между колосниками, так и из зольника производится по мере надобности, без остановки работы генератора, путем маневрирования ломками и скребками, вводимыми в круглые отверстия барабана р. По каналам О, между стойками а зола свалива-
ется в вагонетку, стоящую в туннели фундамента. Выходящее в туннель отверстие, через которое по каналам О ссыпается зола, может быть закрываемо снизу задвижкой на роликах; в таком случае зола спускается лишь тогда, когда она заполнит каналы до верху. Потери воздуха при таком спуске золы будут меньше.
Загрузка генератора производится при помощи засыпной ко-чробки с двумя гидравлическими затворами.1 Емкость коробки
1 столько же при каждом опускании торфа теряется и газа.
Коробка состоит из трех чугунных сболченных частей А, В и С. Верхний гидравлический затвор—обыкновенная крышка; нижний затвор имеет форму сектора и состоит из трех чугунных частей:
I К сожалению, мы не можем, за незнанием, указать автора идеи устройства втой коробки.
Двух боковин }\ укрепленных на оси MN, и привернутой к ним с помощью уголков третьей части с цилиндрической поверхностью.
При закрытом секторе края его погружены в воду чугунной коробки С; в это положение сектор приводится автоматически противовесом L. Поворот сектора в ту или другую сторону перед завалкой торфа в генератор производится при помощи рукоятки Z>, Створчатый клапан Р засыпной коробки при опускании закрывает доступ к воде в коробке С, защищая ее от попадания в нее торфа.
Колебание уровня воды при вращении секторного затвора устраняется двумя трубками: водоотводной q, установленной на горизонте нормального уровня, и трубкой у, по которой вода подается непрерывно- Выпуск воды из коробки С производится через запасный вентиль ©; удаление мусора —через люк
Равномерность распределения торфа в генераторе при засыпке обеспечивается наличием направляющего конуса Tt составляющего одно целое с коробкой С, и решетчатого конуса, опущенного в генератор. Последний свободно подвешен при помощи штанги на валик смещение конуса устраняется двумя болтами, скрепляющими его с верхним поддоном.
При весе торфа в 275 напряжение горения будет 80-275 ЛЛЛ ' 2Гз?14=29О час,
что при хорошей подготовке торфа (время пребывания 24-0,6 = ™ 14,4 часа) вполне допустимо.
В переводе на каменный уголь (С— 72%), это дало бы напряжение горения:
290-38,8 . . л
- — = 170 кг/м7 час.
Введение необходимого для действия генератора пара происходит, в теплое летнее время, через посредство трубки X, доставляющей пар в общую подводящую воздух трубу; в зимнее время, во избежание сильной конденсации пара, последний должен подводиться ближе к месту соединения отдельных воздухоподводящих рукавов & с чугунным кольцом п (этот подвод пара на рисунке не указан).
Железная — отводящая из генератора газ — труба (760 устанавливается на чугунном поддоне, перекрывающем колошник генератора.
Уход за торфяными генераторами на колошнике не отличается особенно от ухода за дровяными генераторами; и в этих генераторах также надо строго следить при помощи щупа за уровнем аасыпки торфа.
Гораздо большего внимания требует работа по очистке колосников и уборке золы, ввиду значительно большего количества ее, получаемого от торфа по сравнению с дровами и большой склон- ’ ности к спеканию.
Загрузка торфа из запасного склада его на колошнике генератора удобно может производиться при помощи грейферов.
Каменноугольный генератор. В отличие от дровяных и торфяных, каменноугольные генераторы требуют значительно ббльшего внимания к себе, большего ухода.
Это зависит главным образом от особенных свойств тех каменных углей (битуминозных), которые чаще всего применяются для генераторного процесса—от склонности их спекаться при переходе в кокс, а затем, когда кокс начнет выгорать, от склонности к спеканию остающейся по выгорании его золы вследствие начала оплавления ее в той или иной степени при температурах низа генератора,
В силу этих соображений будет не лишним остановиться несколько на факторах, способствующих созданию наилучших условий для генераторного процесса.
Та или иная работа генераторов, всегда отражающаяся и на работе печей, использующих газ, в общем зависит как от качества угля, доставляемого в генераторы, так и от всякого рода неисправностей, допускаемых в самом генераторном процессе.
От каменного угля необходимо требовать прежде всего умеренного содержания золы; угли многозольные должны подвергаться предварительной промывке, с целью удаления большей части пустой породы.
Затем очень важно, чтобы в генератор поступал уголь сортированный, в кусках возможно более одномерных; чем лучше будут соблюдены эти условия, чем меньше останется в угле после дробления, промывки и грохочения его—мелочи (пыли), тем более ровного хода можно ожидать от генератора.
Что касается до технического анализа угля, то для генераторного процесса желателен уголь следующего среднего состава: летучих веществ 30 — 40%, твердых углеродов 50— 60%, золы возможно меньше (не выше 10 — 15%), 1 *
Трудноплавкая зола является наиболее желательной для генераторного процесса; наоборот, чрезвычайно усложняется работа при углях с золой легкоплавкой, ввиду того, что при оплавлении золы отдельные зерна ее спекаются или даже сплавляются, образуя иногда большие комья, в которые включается и несгоревший уголь в виде кокса. Такие комья спекшейся или глыбы сплавившейся золы мешают равномерной подаче воздуха и следовательно служат причиной получения газа плохого качества.
Ниже будут указаны особенности как в конструкции генераторов, так и в методах работ, при которых в значительной степени устраняются причины образования крупных кусков спекшейся или зашлаковавшейся золы.
Но одно снабжение генератора хорошо подготовленным и доброкачественным углем еще не будет гарантировать хорошего хода его, т- е. такого, при котором газ получается:
1) с возможно более высокой калорийностью (раньше довольствовались 1000 — 1200 кал./.и3; теперь предъявляются требования на газ в 1300 — 1400 и даже 1500 кал.Ди®);
2) возможно более ровного состава в течение продолжительного времени.
1 Генераторный процесс ведется также на неспекающеыся каменном угле антраците, полукоксе, коксите; о работе генераторов с некоторыми из указанных
видов горючего будет сказано ниже, В дальнейшем изложении имеется в виду
работа на главном виде гааовичных углей—спекающемся и шлакующемся.
Чем меньше в газе будет продуктов окончательного горения (СОа, НаО), тем выше будет к, п. д. всей установки, так как потенциальная энергия гаэа (химическое тепло его) передается от генератора к печи почти без потерь, если не учитывать в небольшой степени протекающих вторичных реакций (например 2С0 = -= СОз4-С), тогда как физическое тепло газа обычно мало используется печью, вследствие потерь его при охлаждении по пути газа к печи.
Но если первое условие — требование от гаэа высокой калорийности— всегда учитывалось, то второе — требование от газа постоянства состава — далеко не всегда проводилось с достаточной энергией. А между тем оно является также существенно важным, так как газ, более богатый горючими составными частями, требует и больших количеств воздуха для своего сжигания; регулирование же подачи воздуха в зависимости от изменения состава газа, даже при всем желании производить его, не мо?кет быть осуществлено в надлежащей степени, В результате такого колебания в составе газа будет неизбежное понижение к. п. д. всей установки, вследствие избыточного или, наоборот, недостаточного введения воздуха в разные моменты хода печи.
Для получения в генераторе — с достаточно хорошо подготовленным и доброкачественным по составу углем — возможно более хорошего и ровного по анализу газа, надо соблюдать следующие * три главных условия:
1) Засыпать уголь в генератор возможно чаще, небольшими порциями, равномерно распределяя его по поверхности засыпки. Самой лучшей системой засыпки угля будет конечно непрерывное питание нм генератора с принятием мер к тому, чтобы уголь рассеивался ровно по всей поверхности его-
Ясно, что только при одной и той же высоте слоя горючего по всему генератору можно ожидать, при всех других благоприятных условиях, равномерного распределения по сечению его дутья и газа и одинакового состава последнего-
2) Производить возможно чаще шуровку поверхностного слоя угля в генераторе с целью разбивки на более мелкие части спекающихся между собою при коксовании частиц угля, образующих иногда большие поверхности корок, непроницаемых для газа. При таких корках газ может проходить только по трещинам между отдельными участками слипшихся масс угля; шурование же значительно увеличивает количество проходов для газа или непрерывно создает их. Следовательно, без шуровки или при плохой шуров*ке (ручной) распределение газа, а следовательно и воздуха, по генератору будет неравномерным, что не может не отразиться на качестве газа и однородности состава его в течение продолжительного времени.
Наилучшим способом шурзвки для получения более ровного во времени анализа и вообще хороших качеств газа надо признать непрерывно ведущееся взрыхление (агитацию) спекающегося слоя угля в генераторе- Введение шуровки путем прокалывания слоя спекающегося угля (ручная при помощи ломков или механическая при помощи особых устройств) не дает желательных результатов.
3) Наконец не малое влияние на равномерность хода генераторного процесса имеют те или иные приемы, практикуемые при удалении золы, а также промежутки времени, протекающие между отдельными случаями уборки золы; важно также, применяется ли перед удалением золы разрыхление ее в нижней части генератора с целью разбивки могущих образоваться крупных кусков.
Не подлежит сомнению, что наилучшим образом равномерность хода генераторного процесса может быть осуществлена только при непрерывном и равномерном по всему сечению генератора удалении золы с принятием необходимых мер для возможно ббльшего устранения причин образования из спекающейся золы комьев.
Только при добавлении к другим благоприятным условиям только что указанных, лучше всего будет обеспечено равномерное распределение воздуха и газа по сечению генератора, навстречу спускающемуся горючему материалу, обеспечивая ему также возможность в одно и то же время переходить из одной зоны генератора в другую.
Наоборот, ручная уборка золы, в особенности при длительных промежутках времени между отдельными периодами удаления золы, никак не может гарантировать правильной работы генератора.
Не лишним будет упомянуть еще, что в результате непрерывного удаления, а перед этим и разрыхления золы, мы будем иметь значительно меньшее количество несгоревшего и запутавшегося в золе кокса, чем в случае ручной уборки золы.
Выше указывалось, что за последнее время по преимуществу строятся генераторы с ббльшей производительностью и возможно лучше механизированные.
Однако и до сего времени, особенно у нас в СССР, в производстве работает не мало генераторов старого типа (Сименса и др.) или нового американского тина, но с ручной загрузкой, шуровкой и удалением золы.
Не касаясь совершенно генераторов старого типа, мы остановимся здесь подробнее на работе только больших генераторов американского тина, причем для .сравнения результатов работы приведем примеры как генераторов с полным отсутствием механизации, так и генераторов с той или иной степенью ее, причем для последнего типа — с частичной механизацией — будут приводиться отдельно детали механизированных устройств.
Генератор Моргана без механизации, с ручной засыпкой я шуровкой угля, с ручной уборкой золы {рис. 20—24), Образец для генератора взят из журнала „Уголь и железо*1, где приводятся и результаты обследования работы его.
Обычно генератор Моргана имеет распар; от него идет слабо коническая часть книзу (нижний диаметр около 0,9 диаметра распара), а иногда и кверху.
Сплошными линиями на рис, 20 вычерчен fпрофиль генератора большого объема (Р распара — 3 л/); пунктиром показан профиль генератора с меньшим объемом; распара в нем нет, внутренняя полость генератора цилиндрическая с D ==х2,6 -и. Этот генератор и подвергался обследованию.
Засыпной аппарат состоит иа двух скрепленных между собой чугунных частей, иа которых нижняя привертывается к чугунному кольцу, в форме открытой коробки уложенной на покрывающую генератор плиту. В кольце помещается 6 шуровочных (рис. 21) 4
Рви 20.
отверстий. Во время работы генератора кольцевая коробка наполнена водой. Верхняя часть засыпного аппарата снабжена кольцевым жолобом с водой или золой» куда опускаются края крыши. Над засыпным аппаратом расположен бункер с запасом угля.
Между внутренней огнеупорной кладкой генератора и железным
клепаным кожухом помещается кирпичный бой, сжимающийся несколько при расширении ктадки от нагревания и предупреждающий таким образом разрыв кожуха. Нагрузка от футерованного корпуса генератора передается фундаменту чугунными колоннами. Под генератором в бетонной части фундамента имеется углубление 'в форме чаши, где скопляется зола, убирающаяся один раз в 24 часа (ручная работа),
Бблыпая часть воздуха из главного воздухопровода а идет по чугунной трубе bt выходящей в генератор в центре бетонной чаши,
Рис* 21,
откуда он поступает [под колосники С, Меньшая часть воздуха направляется по патрубку d в кольцевую трубку е и отсюда шестью газовыми трубками f подводится в генератор по окружности его. Этот дополнительный воздух устраняет спекание золы у стен генератора и налипание ее на кирпичную кладку, что имело место, когда подвод воздуха применялся только по оси генератора.
** Пар для увлажнения дутья поступает по трубке д. откуда по трем газовым трубкам 1, 2 и 3 идет: по 1 —для увлажнения воздуха, подаваемого по оси генератора; по 2 — для увлажнения -роэдуха, вдуваемого по окружности генератора (рис. 20 и 22) и, на
конец, по 3 — в кольцевую трубку, окружающую засыпной аппарат, а из нее в шуровочные отверстия q для создания паровых
Рис. 22.
завес при шуровке,
Как видно из рис. 23 шуровочное отверстие перекрывается двумя установленными друг на друга чугунными коническими колпаками с про-зором между ними, переходящим вверху в косо направленную вниз щель.
Верхний колпак перекрывается чугунной крышкой; при шуровке одновременно со снятием крышки пускается и пар в прозор между колпаками.
Кроме верхних шуровочных отверстий внизу генератора, несколько выше заплечиков, имеется по окружности еще 6 отверстий 7г, служащих для разбивки крупных спекшихся или зашлаковавшихся кусков золы, если таковые образуются,*
Колосниковое устройство состоит из двух частей (рис, 24): нижней кольцевой, надевающейся втулкой на конец воздухоподводящей трубы и верхней — колпака, укрепляемого к нижней части с помощью болта.
Засыпной аппарат имеет конус ш, который^ может подниматься или опускаться с помощью
рычага п и кольца pt По загрузке коробки углем сначала опускается конус m (кольцо р остается на месте), и уголь ссыпается по конусу ближе к стенкам генератора; затем, конус вместе с кольцом поднимается кверху, и остатки угля по наклонной плоскости нижней части засыпного аппарата ссыпаются ближе к оси генератора* Таким двойным движением рычага достигается до некоторой степени равномерное распределение угля по
Рис. 23.
генератору.
152 '
Обследование процесса в генераторе описанного тина (Л внутрв 2,6 м) производилось в течение трек дней.
Puc. &L
linsfce приводятся анализы материалов и результаты произвел денных работ* _ Л .
Технический анализ yiw: — 8“2,04%, летучих
веществ “82.63%, влаги— 4,52%,
Элементарный с остаб умя:
с Н, 0, N, я Влага Золы
Сухого 70Д0 1,71 7,09 1ро5 3,13 15,03
В рабочем состо-анни 67Д9 3,55 № 1,01 2*04 4.52 14,02
Часовой расход угля в рабочем состоянии—750 кг; сухого—717 кг.
Средняя толщина слоя угля — 0,8 м.
Интенсивность горения (сухого угля)—135 кг/м? час.
Как видно из этих цифр суточная производительность генератора
0,75-24 = 18 т.
При диаметре генератора в 2,6 м ее надо считать, согласно рекомендуемым нами величинам интенсивности горения, нормальной.
Состав генераторной золы: С — 5Ор6°/о, золы 48,2%, 8— 1,12%; в ней много углерода,
В течение часа сухой золы получается 225 кг.
Дутье — 60 jmj водяного столба.
Температура газа 860° С (высокая). Анализ его:
соэ.........ю,з% сн<, . , , * , 1,7%
СО • • . 4 . • 14,9% No 60*2%
Нд..........12,0%
Теплотворная способность газа—920 кал.
Приведенные данные говорят о неудовлетворительной работе генератора; к. п. д.: максимальный — 77,1%, минимальный — 49,6%.
В действительности, оба эти коэфициента должны быть еще ниже, если исправить ошибку авторов этой работы, принявших потерю углерода в генераторной золе только в 7,9% от общего содержания углерода в сухом угле, вместо действительных 15,8%
Эта ошибка не могла не сказаться также на сводке теплового баланса: на внешние потери остается только 3% от всего прихода тепла (необычная величина), тогда как, учитывая высокую температуру отходящего газа, большею поверхность генератора и ход его, близкий к нормальному, надо думать, что эти потери будут исчисляться выше 10%.
В результате такой работы генераторов системы Моргана расход угля на заводе имени Г, И, Петровского за месяц выразился в 33,6% от веса выплавленной стали (на 60-тоннуюпечь работали з генератора).
Затем, вследствие ряда мер по нормированию работы указанных генераторов, ход их настолько улучшился, что оказалось возможным работать не с тремя генераторами на 60-тонную печь, а только с двумя, с понижением расхода угля на выплавку стали до 28%,
После регулировки хода генератора (увеличение высоты топлива в генераторе до 1 м; уменьшение расхода пара с 60 на 35% и пря), качество газа улучшилось, что можно видеть из следующего анализа:1
1 В статье инж. Ю. Ю. Гвиононпчв дав средний газ состава: COt—7,2, 00 — 25,9, СН4 — 2,4, Щ —13,4, О, — 0.4, N3- 55,5; X — 104Д Ошибка невидимому в содержании СО на 4,8% суди по другим анализам. Для анализа с X м 104^% дана теплотворная способность в 1286 кал/.#3*
i
i
РАЗРЕЗ Г!0 88
рязргз ho CQ
Boenww.
U !i|.^ ц iiiiihMwr1*—
Рис 2&
'ptfjnfj ПО PS
рР1$*3 no
40
СОз.............7,2%
СО.............21.1%
СН4.............2,4%
На..........13,4%
Оз............ол%
Na..........55,5%
Теплотворная способность его (расчетная) — 1188г0 кал., температура—700° G.
Результаты работы этого немеханизированного генератора будут сопоставлены ниже с работой генераторов при частичной или полной механизации процессов, и в соответствующем месте будут сделаны выводы.
Генераторы с частичной механизацией. Генератор системы Hilgerra (рис. 25}. Изображенный на рис. 25 генератор с суточною производительностью в 18 т состоит из цилиндрического неподвижного корпуса А, опирающегося на балки af уложенные на колонках &. Корпус имеет снаружи клепаный железный кожух, а внутри выложен огнеупорной кладкой; последняя лежит на фланце чугунного цилиндра О, прочно соединенного с железным кожухом. Открытый нижний конец цилиндра во время работы генератора погружен в воду медленно вращающейся чугунной чаши К
Как видно из чертежа, чаша составлена из двух сболченных между собою частей: плоского днища и конического верха. Вращение ее производится от червячной передачи сцепляющейся с зубчатым ободом, привернутым к поддону чаши и состоящим, подобно самой чаше, из нескольких отдельных частей.
Поддон в центре имеет круглое отверстие Д через которое из пространства в бетонном фундаменте С.поступает воздух, вдуваемый воздухопроводом- Вверху воздух проходит через особые колос* ники, системы Hilger'a, состоящие из нижней (круглого сечения) части £, привернутой к поддону, и укрепленной на ней верхней части, по форме звезды В нижней круглой части имеются выступающие части (разрез по CD), помещающиеся между лучами верхней части звезды, В широкую, закрытую сверху отзолы, щель проходит воздух, а также пар, подводимый по трубке Л
Все колосниковое устройство, вращаясь вместе с поддоном, заставляет также, благодаря выступам, и лучам, вращаться и прилегающую к нему золу с углем, препятствуя до некоторой степени образованию больших спекающихся масс в случае легкоплавкой золы. Если тем не менее такие массы иногда образуются и загромождают нижнюю область генератора, то они разбиваются при помощи ломков, вводимых через два ряда рабочих отверстий в корпусе генератора.
Внизу к поддону привертывается железный цилиндр т1 опускающийся в кольцевой железный сосуд п, наполненный водой, чем достигается герметичность генератора со стороны подачи воздуха.
Из чертежа ясно устройство для вращения поддона на шариках. Загрузка в генератор угля производится засыпным аппаратом тоже системы Hilgerla, Он состоит из чугунной коробки О, привернутой к чугунной же плите, перекрывающей генератор. У нижнего отверстия коробка имеет конический прилив р; конус упирается не в тело коробки, а в коническое кольцо г, лежащее на горизонтальных выступах коробки и удерживаемое на месте упорными болтами, проходящими через тело коробки. Цель такого устройства — быстрая смена изношенных конуса и кольца и предо-
хранение самой коробки от износа при ударах конуса. Сверху аппарат закрывается (во время спуска угля в генератор) обычной формы крышкой,, хорошо пригнанной к телу коробки.
Описанное устройство засыпного аппарата дает возможность распределять уголь при завалке как к середине генератора, так и к стенкам его: вначале опускания конуса, когда он не достиг еще уровня прилива р, уголь бьет в этот последний при засыпке и относится им ближе к середине генератора; как только конус опустится ниже рг уголь, скользя по поверхности конуса, будет падать ближе к стенкам.
На рис, 26 засыпная коробка Hilgers приведена в увеличенном масштабе с целью уяснения устройства отдельных деталей ее.
Удаление золы из генератора производится автоматически, с каковою целью в чашу опускается в определенном положении и на ту или иную глубину, в зависимости от количества удаляемой золы, лопатка (на рисунке не указана), скрепленная с неподвижным корпусом генератора*
При движении чаши зола набегает на лопатку и ссыпается по жолобу в вагонетку, установленную сбоку чаши.
Генератор системы Barth'a (рис, 27—33). При очень легкоплавкой золе, для устранения спекания ее в крупные массы, иногда недостаточно даже такого устройства двигающихся колосников, какое применено в системе HUgera. Приходится прибегать к более энергичным способам передвижения масс золы и угля, в роде осуществленного в системе Bartlra, в которой каждая точка верхней части колосников имеет передвижение не только в горизонтальной, но и в вертикальной плоскости.
Чаша вращается на роликах. Нижняя коническая часть колосникового устройства я, привернутая к поддону, принимает участие только в круговом движении вместе с чашей; верх же колосников, состоящий из кольцевой части Ъ и опирающегося на него колпака с, одновременно с вращательным движением вокруг вертикальной оси генератора испытывает еще колебательное движение вокруг горизонтальной оси d, уложенной в прорезе конической части колосникового устройства и скрепленной с кольцевой частью его* Это колебательное вращение вызывается движением 2 вильчатых штанг е (рис. 32), скрепленных шарнирно с кольцевой частью колосников и снабженных внизу роликами /; ролики катятся по волнистому стальному рельсу с таким расположением волн, что когда один ролик взбегает вверх, другой скатывается вниз. Вилки штанг охватывают поперечину, идущую по диагонали конической части колосников и составляющую с ней одно целое.
Как видно из плана колосникового устройства (рис* 28), квадратная форма кольцевой части и колпака, а также приливы на кольцевой части д и вытянутая в линию верхушка колпака к также содействуют лучшему продвижению золы*
Пар по трубе п поступает в распределительную коробку р, откуда по 4 трубкам направляется в генератор. На рис, 31 приведена деталь шуровочного отверстия с чугунной арматурой* Всего шуровочных отверстий 6 штук (рис. 29).
Одновременно с подъемом крышки а по особой трубке через отверстие Ъ пар поступает в пространство между двумя чугун-
1 ЕД
ными частями, откуда он_вводится по косо направленным каналам d в генератор.
Рис. 2в.
Засыпной аппарат снабжен особым устройством для направлений движения подвесной точки конуса по вертикали (система Huth. &
Рв«. 28,
Ряс. 2Л
Рнс, 30.
Рмо. 92.
I
Рже. St
Рис. 33.
-I £rt
RSttger). Направление производится при помощи круглой штанги, скрепленной с верхом конуса и свободно двигающейся в длинной втулке, от которой ответвляются по диагонали ребра, прикрепленные вверху к коробке. Для передвижения конуса по обе стороны втулки располагаются стержни, шарнирно соединенные внизу с ко-, нусом, а вверху с вильчатым на конце рычагом*
При опускании конуса, подвешенного к рычагу без направляющих, будет иметь место сдвижение его в сторону от оси генератора, вследствие движения конца рычага по дуге круга. Конечно, благодаря такому сдвижению конуса, засыпь угля не может быть равномерной.
Генератор Kerpely (рис. 34—36), Существенными отличиями генератора системы Kerpely от других являются:
1) применение внизу генератора ватер-жакета вместо огнеупорной кладки,
. 2) оригинальное колосниковое устройство|
3) оригинальный зисыпной аппарат*
Ватер-жакет склепывается из железных листов толщиною в КМи; внутри его постоянно циркулирует вода, — холодная подводится снизу, горячая отводится сверху (на чертеже указаны трубки). Для чистки от грязи сбоку устраивается обычных размеров отверстие с люком.
Вращающаяся на шариках чаша имеет обычную конструкцию; на ней концентрично располагается цилиндрическая подставка для колосников, состоящая по высоте из двух частей, свернутых болтами. Верх подставки имеет эксцентрично расположенное круглое отверстие, на котором и укладываются одно на другое постепенно уменьшающиеся в диаметре чугунные колосниковые кольца, закрывающиеся сверху продырявленным колпаком. На кат до и кольце сверху имеется от 8 до 12 радиально расположенных выступов-приливов 15 высотою п 20—25 шириною, на которых и располагается каждое из вышележащих колец, образуя между кольцами щель для дутья высотою в 15 Снаружи колец выступы переходят в трапецеидальные возвышения, удерживающие кольца от перемещений в горизонтальном направлении. 1 Кольца состоят из нескольких частей; для свертывания их служат приливы, идущие с внутренней стороны от каждого кольца книзу (на рис. 34 квадратики с круглыми отверстиями для стяжного болта); эти приливы также мешают горизонтальному перемещению колец.
Одно из средних колец имеет раструб, который соединяется с трубой, подводящей воздух. Верхнее колено этой трубы, вращающееся вместе с колосниками, опущен ч в кольцевой наполненный водой канал нижнего неподвижного колена*
Колпак соединяется с раструбом болтом,
Таким образом, вращение золы в генераторе Kerpeiy вызывается эксцентричным по отношению к оси генератора вращением колосниковых колец.
1 На рис. 31 выступы показаны расположенными в одну ливню по радиусу, благодаря чему и воздух не подается в генератор в месте выступов целыми радиальными полосами. Во избежание атого выступы теперь разбрасывают нс кольцам в шахматном порядке.
Засыпной аппарат Kerpely (рис. 35) состоит из двух закрывающих низ коробки частей — кольцевой D и средней — О; движение им передается рычагами В и Х> причем части С и D могут опускаться
Рис. 31
1Й1
как вместе, так и отдельно. Средняя часть С соединяется железной трубкой jE с чугунным колпаком F, который при подъеме скользит до штанге К. Цель колпака и трубки—дать возможность подниматься средней части С при закрытой части D, при полной
загрузке углем аппарата.
На рис. 36 приведены три различных случая относительного положения частей С и D: 1) уголь ссыпается ближе к середине, 2) к стенкам генератора, 3) к стенкам и к середине.
Рис. 35.
Рис, за.
Другие типы засыпных устройств для завалки }тля в генератор-Засыпное устройство должно удовлетворять своему главному назначению— засыпать уголь в генератор возможно более ровным по
Рис. 37. Рис. 33, Рис. 30.
всему сечению его слоем. Существует Много типов засыпных аппаратов, в той или иной степени удовлетворяющих поставленному выше условию; кроме перечисленных выше, мы приведем еще несколько наиболее характерных.
Засыпное устройство Bamatfa. На рис. 37—39 дан в трех различных позициях очень простой и вместе с тем рациональный по работе засыпной аппарат системы Bamag'a. Конструкция его ясна
1А9
I
из рисунков, равно как из них же понятно и распределение угля по сечению генератора при опускании конуса на различную высоту. Стержень конуса ходит в направляющей трубке, следовательно, бокового отклонения конуса нет и уголь рассыпается полосами, концентрично расположенными в отношении оси генератора.
Засыпной аппарат Bildt’a. Шведский инженер Bildt был первым, давшим проект засыпного аппарата с механическим питанием-
генератора углем и механическим распределением его ровным слоем по поверхности засыпи. Аппарат этот изображен на рис. 40—42.
В засыпную коробку К уголь поступает на бункера, скользя по - крутопадающей стенке f; задвижка д регулирует количество поступающего угля.
По оси коробки проходит круглый вертикальный стержень, к нижнему концу которого подвешен распределитель п, детально выполненный на рис. 41 и 42; верхний конец стержня имеет винтовую резьбу е с навернутым на нее маленьким червячным колесиком т, с внутренней нарезкой. Колесико т упирается в под-
*
1 йа
ставку, установленную на крышке засыпной коробки; вращая его от руки, можно устанавливать распределитель на той или иной высоте. Непрерывное вращение распределителя происходит от червячной передачи, расположенной ниже колесика т\ число оборотов в час от 10 до 30.
Как это можно усмотреть из рис. 41 и 42, слабо коническая поверхность распределителя а переходит по краям в постепенно рзавертывающийся по спирали фланец Ъ с углом уклона его к осно-
Рис. 43.
ванию слабо конической части — в 90° в начале и с постепенным увеличением его на трех четвертях окружности. В последней чет-йерти окружности спираль имеет вверху щель, а фланцу придан обратный уклон—внутрь распределителя, причем уклон постепенно изменяется.
Такое устройство способствует тому, что уголь, поступающий из нижнего отверстия коробки О на распределитель, сваливается в различные точки поверхности засыпи генератора.
Засыпной аппарат George’a.Идея Bildt’а— применять для равномерного распределения угля по генератору вращение какой-либо части засыпного прибора — нашла многих последователей,
Из ряда сложных аппаратов такого типа мы приведем наиболее ^простой и компактный — аппарат системы George’a (рис. 43).
Он состоит из двух отлитых из чугуна частей: неподвижной верхней Л, установленной на трех колонках а, и подвижной нижней В; нижняя часть последней клепаная железная. Чугунная часть В при помощи втулки d крестовины, отлитой вместе с частью Вг подвешивается к вертикальному стержню (соединение шпонкой), свободно вращающемуся во втулке крестовины е верхней части. Вращение производится шестерней (на рисунке не приведенной), сцепляющейся с зубчатым ободом верхнего фланга нпжней чугунной части. Стержень скрепляется с кольцом г, которое упирается пятником на втулку е, враща Железная клепаная часть вращающейся коробки имеет карман С, постоянно наполненный водой с целью охлаждения этой части. Из рисунка видно как устройство водяных запоров для герметичности, так и расположение трубок для циркуляции охлаждающей воды.
Уголь засыпается на конус верхней части аппарата; при опускании его уголь направляется откосами ж неподвижной верхней части на коническое кольцо 7С, уложенное на крестовине нижней частщ откуда направляется стен
ками (с разным уклоном) клейаной части в генератор.
Вращение распределителя и разный уклон стенок его способствуют таким образом равномерному распределению угля по гене-
в ней.
Рис. 44.
ратору.
Генераторы с полной механизацией процесса. Удачные попытки создания типа генераторов с полной механизацией сделаны уже давно. В Америке первый такой генератор системы Huges появился около 40 лет тому назад; в Англии В. Talbot установил батарею своих механических генераторов в Cargo-Fleet около 30 лет тому назад.
Тем не менее, механизированные генераторы» несмотря па существенные преимущества в работе (ровный и высококалорийный газ при усиленной интенсивности горения угля по сравнению с немеханизированными генераторами), до последнего десятилетия большого распространения не получали, а у нас в СССР» судя по данным литературы, их и совсем не устанавливали. Объясняется это может быть сложностью и некомпактностью первых типов таких
генераторов.
Мировая война и обостренное положение с топливом в таких странах, как Германия» в корне изменили положение вещей: на генераторы с полной механизацией стали обращать все большее и большее внимание. Этому в значительной степени способствовало появление новых более простых и вместе с тем более рациональных конструкций, лающих прекрасные результату при газификации К ни? углей,
Из новых типов механизированных генераторов мы отметим здесь только два, наиболее современные, — системы Wellman'а и Chapman’a.
Механизированный генератор системы WeUman'tL На рис. 45—52 изображены: вертикальное сечение, вид сверху, горизонтальное сечение и несколько деталей устройства генератора Well-man’a \
Рис. 46,
Рис. 48.
Мотор а приводит в непрерывное движение коническую шестерню «f, сцепляющуюся с зубчатымJ ободом Ь9 прикрепленным к железному кожуху генератора. К нижней части обода-зубчатки прикреплен подошвой рельс, головка которого может катиться по
I
1 Engineering, 1925, The Wellmen njech&nlcel Gfts Producer,
роликам, монтированным к колоннам генератора, <Гаким образом, вращающейся частью генератора является самый корпус его. При своем движении он увлекает также и чашу с золой, но при содействии особого приспособления чаша может удерживаться на месте. При помощи лопатки ; зола автоматически удаляется из чаши. Чаша вращается на шариках; для устройства
Рис- 49.
шарикового подшипника использован сланец нижнего патрубка для подвода воздуха
Простая система ко-
рне. 50,
лосников ясна из рисунков. Отдельные части колосников скрепляются при помощи изогнутых фланцев, направленных вверх. Образующиеся таким образом ребра способствуют передвижению золы внизу генератора к бортам чаши.
Неподвижная верхняя стальная плита генератора устанавливается на колоннах и имеет внизу приклепанный к ней железный воротник, опущенный в кольцевой канал
верхней части корпуса, наполненный водой. Этим осуществляется
герметичность верха генератора.
На стальной плите имеются: газоотводная труба, два засыпных прибора с общим приводным механизмом (устройство их описано ниже), четыре шуровочных отверстия и механический агитатор в правой части плиты.
Непрерывное, небольшими порциями, питание генератора углем
Рас. 51.
рис. 52.
производится при помощи механизма, изображенного на рис. 4&т Устройство его следующее: из бункера уголь поступает по трубе (задвижка может закрыть ее) к 4-лопастному регулятору движения угля, не позволяющему ему ссыпаться непрерывной струей.
Далее уголь поступает в питающий барабан, который лопат-К&ми цедится на $ отдельных помещнеий, цель которых™ доставлять
уголь небольшими порциями. Барабан и регулятор приводятся в движение от мотора с помощью механизма, на рисунке не указанного.
Что касается до механического агитатора, то, как видно из рис. 50, он представляет собой литую пустотелую стальную трубку с отдельным навертывающимся на нее наконечником из твердой (О,6°/о С) стали, ввиду того, что он подвергается особенно сильному изнашиванию. Охлаждающая агитатор вода вводится во внутреннюю трубку, поднимается затем по кольцевому каналу между внутренней и наружной трубкой вверх, откуда и сливается через особую трубку.
Передаточный механизм, приводящий в движение агй-
Ряс. 53.
татор, довольно сложный и управляется тем же мотором л, которым вращается корпус генератора и приводятся в действие загрузочные аппараты. Достаточно сказать, что аги-
Pric. 54.
татор плотно вставляется в чугунную коробку у (рис. 45), которая приделана ко втулке ht вокруг оси которой происходит вращение агитатора с коробкой на такой угол вперед и назад (колебательное движение), при котором конец агитатора описывает дугу круга от центра генератора до стенок его. <
На рис. 51 видно сцепление зубчатой коробки агитатора с зубчатым сектором, насаженным на ось, которая и проделывает маятникообразное движение, передаваемое от мотора. Путь, который описывает конец агитатора в угле, двигающемся вместе с корпусом генератора, указан на рис. 48< Таким образом, вся поверхность засыпки генератора непрерывно бороздится (вспахивается) агитатором, что при спекающемся угле является очень важной операцией.
Генератор Wellmanfa конструируется в Англии двух размеров: первый Lr-8 имеет внутренний диаметр 8 футов (^2,5 суТоч
ную производительность 15—25 ж; второй L-1Q с диаметром 16 футов (3 лг) и суточной производительностью 24—40 т.
Механизированный генератор системы Chapman'a. В последнее время большим вниманием со стороны промышленности пользуется механизированный генератор системы Спартап’а.
На рис. 53—60 даны разрезы, вид сверху и несколько деталей генератора системы Stein-Ch&pmann1, причем на рис. 53 и 54 приведен генератор только с. механической загрузкой и агитацией угля, а на рис. 56 и 57 указано, кроме того, устройство для непре* рывного удаления, а попутно и для разрыхления золы.
Воздух в обоих типах генераторов подается инжектором.
В этой системе генератора устройства для загрузки и агитации генераторе системы Wellman’a
угля значительно проще, чем в Кроме того, хорошее рассеивание загружаемого угля по поверхности засипи дает воз-
рис- 55.
Рдс. 56.
можность в генераторах Chapman'a обходиться без приведения в движение какой-либо отдельной тчасти его, что также является крупным преимуществом.
Устройство аппарата для механической загрузки угля заключается в следующем.
Воронка а для питания углем держится постоянно наполненной углем, поступающим из трубки &, соединенной с бункером. Из , воронки уголь поступает во вращающийся барабан, устройство которого видно из рис. 53, 54 и 55. Движение барабану передается качаюшимся кривошипом d, снабженным храповиком; кривошип, в свою очередь, получает движение от шатуна /, другой конец которого укреплен на боковой поверхности зубчатки д; последняя приводится в движение шестеренкой, расположенной ниже и на
* Engineering, Now. 10, 19^2- The Stein-Chapnjau Gas Producer with тскЪавЗД! Agitator.
саженной на ось мотора в две силы, плотно закрытого в коробке. Этот же мотор, как увидим ниже, приводит в движение червячную передачу для вращения агитатора.
Внутренность вращающегося барабана тремя радиальными перегородками делится на три части, полузакрытые по окружности; каждая часть может вместить около 20 кг угля.
При вращении барабана, помещения его по очереди загружаются из воронки и разгружаются в генератор. Вместе с тем барабан действует как дробилка: куски угля, слишком крупные для того, чтобы войти в отделение, раздавливаются между передней кромкой отделения (полузакрывающей его) и стальной зубчатой отливкой, прикрепленной к воронке (видна на рис. 54). Предохранитель на храповике (срезающаяся шпилька) устраняет поломки частей барабана.
рязгрцзк?
дня зол&
rio Г up
черняки дяя
Рнс. 57.
к,., лпр
с триста
Ссыпающийся из барабана уголь скользит по крутому скату и падает на стальной, охлаждаемый водой, конус, расположенный в центре генератора, которым и разбрасывается в разных направлениях, регулируясь при падении отклоняющими приспособлениями для распределения части угля и по поверхности засыпи, непосредственно лежащей под конусом- Приспособления имеют повидимому форму отдельных выступов, прикрепленных внизу к кольцу, расположенному концентрически к конусу и охлаждаемому водой- Один из таких выступов виден с правой стороны от конуса.
Что касается агитатора Спартака, то устройство его можно усмотреть из рис. 53—60.
Он состоит из вертикального (А) и прикрепленного к нему внизу горизонтального (В) пустотелых, охлаждаемых водой, стержней, непрерывно вращающихся вокруг вертикальной оси. От обоих плечеи горизонтального стержня отходят в направлении вниз й вместе с тем вперед, в сторону вращения каждого плеча, серии пальцев С, бороздящих уголь. Горизонтальная труба вращается почти у самой поверхности слоя угл^ пальцы ясе погружаются в
него, вспахивая уголь; образующиеся при этом за пальцами борозды немедленно заглаживаются идущей сзади горизонтальной трубкой, к которой прикреплены пальцы. Глубина, на которой оперируют .пальцы, в зависимости от качества угля колеблется от
200 до 3'0 мм. а соответствующее погружение агитатора производится путем добавления груза в коробку й, находящуюся в верхней части агитатора.
Вращение агитатора производится червячной передачей, о которой было уже упомянуто выше.
Из рис. 53, 55, 58, 59 и 60 хорошо видно устройство верхней части агитатора.
Во1 втулке червячной шестерни, приводящей в движение агитатор, нарезается по винтовой линии пара выступов (рис, 58 и 60), находящихся постоянно в контакте с парой же вин
Рис. 58.
тообразных выступов, нарезанных <на головном конце агитатора (рис. 55, 59 и 60). Благодаря такому сопряжению частей, агитатор может не только вращаться от червячной передачи, но * и иметь поступательное движение по винтовой линии вверх, как только
7
Рис. 59.
сопротивление круговому движению его по какой-либо причине увеличится- Это поступательное движение вверх при увеличении сопротивления и вниз при уменьшении его происходит автоматически и прекращается, как только сопротивление движению и нагрузка в верхней коробке й, о которой говорилось выше, уравновесятся.
Агитатор например начнет подниматься, если слой загружаемого свежего угля будет резко увеличен; если наоборот загрузка угля причинам опустится, агитатор последует за ней, _ __ и _ _ "J-____ _______
по каким-либо
Установленная вверху у головной части агитатора рейка К с де-
лениями дает возможность судить о положении агитатора, т. е. о высоте загружаемого угля, что служит хорошим контролем за работой загрузки генератора. Следовательно, характерной чертойтакого „поплавкового" агитатора (float- , ing agitator) будет его работа по взрыхлению угля всегда на определенной глубине от поверхности за-сыпи, т. е. там, где она и должна производиться.
Предохранители и выключатели у мотора гаран-тируют части агитатора от поломок при резко уве-дичившемся сопротивлении движению его. [
Вода, охлаждающая агитатор, поступает по Труб-
ке т\ подъем этой трубки с агитатором (но не вра- рНс. «о. щение ее с ним) обеспечивается гуттаперчевым ру-
кавом те. 1 Из трубки т вода поступает по внутрейней трубке, доставляющей воду к горизонтальной части агитатора и в пальцы.
1 Металлическая трубка т соеджвяется с верхней часть*) агитатора гребен-эдтым самвиксщ.
Нагретая вода удаляется по концентрическому каналу между трубками и сливается под головной частью агитатора в особую коробку, откуда она поступает в конус р и через трубку S в нижнюю втулку г, обеспечивающую неизменность положения оси вращения агитатора. Из последней вода по трубке q поступает в кольцевой канал t, откуда по трубке v сливается вниз*
Несложным и вместе с тем весьма рациональным является в генераторе Сйаршап’а прибор для удаления и разрыхления золы. Устройство его видно из рис- 56 и 57-
Он состоит из литой стальной балки в do м толщиной, в 250 шириной, расположенной по диагонали нижнего отверстия генератора. Своей втулкой балка свободно обхватывает чугунный патрубок, подводящий воздух в генератор, а своими концами, выходящими из воды и загнутыми кверху, подвешена к стальному зубчатому кольцу, вращающемуся от зубчатого привода со скоростью от 1 оборота в час до 1 оборота в 10 часов. Вращение дается мотором в 2 силы; кольцо, вращаясь, катится по роликам, монтированным к колоннам, поддерживающим корпус генератора. Как видно из рис, 57, оба плеча балки к концам отогнуты по плавной кривой в сторону, обратную вращению балки.
В результате такого устройства, балка удаляет больше золы из частей генератора, лежащих ближе к стенкам его, что и соответствует действительно бблыпему образованию золы в этих районах*
Валка снабжена выступами или зубьями, направленными вверх и вперед в сторону движения* Этими зубьями размельчаются большие куски спекшейся золы, равно как разламываются арки, которые имеют стремление образоваться между стенками генератора и воздухоподводящим устройством.
На катящемся по роликам наружном зубчатом кольце прикреплены симметрично 6 черпаков, причем в каждой из двух серий по 3 черпака; передние ребра черпаков опускаются вниз в золу на разную глубину, В результате такого устройства, черпаки при вращении забирают одинаковые количества золы, придвигаемой к ним изогнутой балкой. Черпаки освобождаются от золы, проходя под дефлектором (отклоняющим аппаратом), установленным в одном месте над чашей, по диагонали к неи-
Наличие отдельных моторов как для загрузки и агитации, так и для удаления золы дает возможность не прерывать работу агитатора, если произойдет какая-нибудь порча в механизме по уборке золы: последнюю можно производить от руки.
Вообще же вся конструкция механизмов генератора Спашрап’а сравнительно несложна и компактна, и вто дает возможность легко приспособить их ко многим генераторам старой установки, чему особенно содействует отсутствие необходимости приводить в движение какую-либо часть генератора.
Насколько улучшаются результаты работы с генераторами системы Спаршап’а с полной механизацией всех работ, по сравнению с генераторами старой установки, без механизации работ, можно видеть из следующих сопоставлений-
На одном стекольном заводе два генератора старинной установки (В-З м) были заменены одним системы СЬарпШГа с таким же диаметром, который на 1 jrt сечения газифицировал вдвое бб^ьщее
1
количество угля, требуя в то же время вдвое меньшее количество обслуживающих рабочих- Результаты работы его видны из следующих данных:
Анализ сухого угля, пошедшего на газифицирование:
С - > . 67,35% S - . . 4,12%
Hj , . : 4,95% влаги в угле - - . 7,53 %
Na . . - 1Т2;% серы в воле - , . 0,41 °0
Од - - - 12,39% теплотворная способность угля . . - 6278 кал. волы . . . 9,95%
При продолжительности опыта в 163 часа, получен анализ газа:
СОЙ - 6,49% СН4 - 3,2%
СО — 24,1% Щ- 13,10,0
СаН4 - 0.65% К3 - 52,46%
Теплотворная способность газа по расчету —1440 кал.
Температура плавления волы — 1190°С.
Содержание углерода в золе—5,1%,
что составляет 0,56% от всего углерода угля.
Ниже приводятся результаты работы двух генераторов с одинаковым диаметром в 2.8 м и с одинаковой механической выгрузкой золы, но в один генератор уголь подавался в ручную, а на другом был установлен агитатор Спартака с механической загрузкой угля*
Уголь шел в обоих случаях один и тот же. Анализ его:
Сфикс.............- 58-94% влаги...................11,8?%
летучих веществ . . 27,34% вснго углерода в угле 67,12% золы..................13,7^% теплотворная способ-
ность угля - . • . 6653 кал.
В табл- 41 указываются результаты работы в обоих сравниваемых генераторах за 60 часов, причем давление дутья (10 см вод. ст.) и нагрев его (55,2°С) был один и тот же в обоих случаях. Таблица 41.
Л Услоядл работы генератора Л и а Л В 9 г а я а Теплот-в рная ci.особ» Н Cj.Tb r&.j& Га&нФвувро-ваво угля i । Содйрж, 1 С б вале
Си, со Н, сн4 К в 1 час RB. 1 J4*
1 Chapman с полной механизацией 4,4 26.9 14,7 2,9 51,1 1415 1017 .154 6,14
2 Ручная загрузка без агитации, но механизировано удалениеаолы - 9,6 £2,6 13,2 13.4 • 1267 678 Ю2 6.5
2,8 51,8
3 Регулированный ход вемехавиапрованпого Моргана 7,2 21,1 М 55.5 ов 0.4 1189
4 Обычный ход того же генератора 10,3 14,9 12,9 1.7 60,2 920 750 оттого ; 35 50,6.
Рас. 6L
В эту же таблицу включены, с целью сопоставления, ранее приводившиеся нами анализы газа из генератора Моргана, завода им- т. Петровского, в двух случаях работы этого генератора:
1) когда она регулировалась и
2) при обычном ходе генератора.
Числа приведенной таблицы говорят сами за себя.
Работа по улучшению хода генераторов юга СССР показала, что при достаточно внимательном регулировании процесса газификации можно достигнуть значительно лучших результатов в сравнении с получающимися при обычном ходе; но нельзя быть уверенным в том, что эти результаты можно удержать в течение продолжительного времени.
Достаточно вспомнить, что чрезвычайно тяжелая и изнурительная работа по шуровке генератора всегда будет считаться крайне неприятной для выполняющих ее, а поэтому трудно поручиться, что она будет достаточно хорошо выполняться только при установлении премии за лучшее качество газа. Между тем, не подлежит сом-нению, что она является одной из самых важных работ в процессе газификации.
Мы думаем поэтому, что переход к механической шуровке и к механической загрузке необходим не только во вновь проектируемых генераторах, но и в старых, уже работающих.
Указанные выше преимущества агитатора Сйаршап’а дают основания к установке его для генераторов американского типа наших южных заводов как немеханизированных, так и полуме-ханизированных-
Генераторы с расплавлением золы. Несмотря на то, что первый енератор, построенный Эбель-меном в 1841 г. работал с расплавлением золы, этот тип генератора долгое время не пользовался вниманием промышленности и главным образом благодаря своему более сложному устройству, а отчасти быть может и потому, что не было особенной нужды прибегать к нему, так как в распоряжении техники было еще достаточное количество сортов горючего, не требующего применения работы с жидким шлаком.
Усиленное развитие промышленности и заботы о сохранении лучших сортов топлива для тех видов ее, где многие сорта горючего не могут быть применены, посодействовали выдвижению
вопроса об использовании генератора с расплавлением золы.
Наконец этому способствовали также, с одной стороны, требования химической промышленности к газу с возможно малым содержанием углекислоты и водорода, а с другой — весьма ценные результаты тех работ по исследованию плавкости и вязкости шлаков, о которых говорилось выше, и которые в значительной степени облегчают установление процесса газификации с расплавлением золы.
1 Во Франции в AHdincourtre.
Первый генератор Эбельмена (рис, 61) по своему очертанию очень походил на доменную печь. Подобно этим печам того времени, он имел широкий распар и узкий горн. Воздух вводился снизу через две фурмы; внизу же через особые отверстия выпускался шлак- В генератор опускалась центрально труба (реторта), которая опираясь на колошник и служила одновременно и для питания генератора древесным углем или коксом, и для запора газа.
Для получения достаточно плавкого шлака из золы древесного угля к топливу, в качестве флюсующего вещества, прибавлялись кричный шлак, известняк и глина.
Эбельмен пытался работать на своих генераторах и с добавкой пара, к воздуху, но при этом понижение температуры внутри генератора было настолько сильное, что зола не расправлялась больше.
Работа с паром стала возможной только тогда, когда он вводился на 400—500 мм выше воздушных фурм.
В табл. 42 дан состав газа, полученный Эбельменом из древесного угля и кокса при работе генератора:
а) на одном воздухе,
б) на воздухе с добавкой пара.
Таблица 42.
| Ко. одним воздухе На во^дуъо о ларок
' Состав гача по объему (Дрене.1 кий уголь hOKC
СОа 0,5 СО [ 33,3 Н, ! 2,ч Й, ' 63,4 Низшая теплотворная способ- | ность I 1086 1.7 33 0 1,5 63,4 1061 ОД i 38,0 4,4 62,2 L118 1 5,7 27,6 14,3 52,4 1209 5,5 26,7 18,7 54,1 1366
Как видно из анализа газа, полученного из древесного угля на одном воздухе, содержание в нем СО было почти такое же, как и в теоретическом газе (СО—34,7%; — 65,3%).
Только 40 лет спустя (в 1880 г.) в Wiikowitz'e (Германия) была повторена попытка применения генератора с расплавлением золы, причем в качестве шлакующегося вещества был применен уже известняк — материал, наиболее подходящий для этой цели.
В это же время (1831 г.) W. J. Taylor в Америке применил, в качестве топлива для такого же типа генератора, антрацит, а в качестве флюса—доменный шлак.
В- Н. Thwaite в Англии в 1902 г. газифицировал в высоких генераторах ваграночного типа {Н—9 м; D—1,8 м) как кокс, так и битуминозный уголь, причем для кокса, содержащего 9,5% золы, на сухом дутье он получил газ следующего состава:
со3 СО си4
0,8 ( 1,2Р/0) 0, . . . 0,4 (1,8%)
30 (32,4 „) Щ . т . 0,2 (0,4 , )
4,1 . 1,3 .) , 64,1 (03,0 , )
а .на битуминозном угле:
СОа , - , 2% ОН. . , . 2,05%
CO . , . 29% Na. , , 01,0% Ha • . . 5,95%
Рис. 62,
Хорошим своим качеством этот газ был обязан большой толщине топлива в генераторе, а также тому, что газ покидал генератор с низкой температурой и малой скоростью*
В дальнейшем сильный толчок к развитию применения генераторов с расплавлением золы дал Victor Sepulchre, который сконструировал 1 генератор, изображенный на рис. 62.
Генератор снабжен наверху загрузочной коробкой, ретортой для питания углем и газоотводом, Как и доменная печь, он имеет заплечики и горн, куда через ряд фурм поступает воздух из вышерасположенного кольцевого воздухопровода* Шлак по очереди спускается черёз одно из двух шлаковых отверстий, В качестве флюса применялись известняк и дробленый доменный шлак.
У фурм вследствие интенсивного развития жара имеет место быстрое изнашивание огнеупорной кладки, а поэтому для успешной работы рекомендуется в этой области применять особые сорта огнеупорных материалов, в роде магнезитового кирпича, а снаружи кроме того желательно устройство охлаждения. Вообще же огнеупорная кладка горна изнашивалась и возобновлялась через каждые три месяца, в то время как шахту не было нужды менять в течение нескольких лет.
В GironcourVe (Франция) была в работе батарея из шести таких генераторов.
В процессе газификации было прежде всего обнаружено, что теггла с расплавленным шлаком теряется меньше, чем с золой обыкновен
ного генератора, учитывая тепловую энергию запутавшихся в золе и несгоревших кусочков кокса,
В табл. 43 приводятся анализы газов, полученных из разных сортов топлива.
Лигнит имел такой средний состав:
летучих веществ - - -19,4%
волы................45,3%
влаги..............16 %
углерода...........19,8%
Таблица 43
1 Syjlblft уголь Какйипки
Состав гаан . j 1 Л»гввт брикеты
2,5 1.4 1,6
vUjj со сщ Нл Na 2f>,5 3,2 6,7 28 3 7,5 . 7 7 27,9 2,0 1.2
56,1 55.1 1 67,3
1 В сотрудничество с Fiohet и Heurtey (S- F. N, генератор^
1Т? А
-Лигнит давал очень плохие результаты при газификации его в обыкновенных генераторах системы Сименса с колосниками, тогда как в генераторе V- Sepulchre'a он с успехом газифицировался в течение многих лет, пока не истощался рудник, доставлявший лигнит.
Газифицировавшийся бурый уголь имел состав сухого вещества (влаги
Золы...........37,60%
С..............44,41 .
........... м „
N,............... 0,45%
S............... 6,5 .
При газификации ставов:
этого угля получались шлак и чугун со*
Шлак: SiO.......42,17%
А1э03 - . . 10,830 0
MgO ...... 12.89%
S......... 1,72%
Чугун: С общ.....2,3 %
Р......... 0,23%
FeO............ 1,26%
СаО........... 20,57%
МпО............ 0,17%
РА............. 0,04%
Si............. 1,73%
S.............. 1,07%
Скорость газификации 270 кг/м* сечения горна в час.
Генератор, на котором в 1912 г. Smith вел опытную газификацию с расплавлением золы, 1 был снабжен двумя рядами фурм: нижним из 6 штук ближе к лещади (для дутья) и верхним из 4 несколько выше — для пара. Воздушные фурмы охлаждались водой. Внутренняя облицовка была из магнезитового кирпича (112мм толщиною). причем на высоту в 550 мм она была окружена змеевиком с циркулировавшей в нем водой с целью охлаждения горна. Воздух подавался под давлением 125—150 мм водяного столба при нормальной нагрузке и до 400 мм—при форсированной.
Как об этом говорилось при расчете флюса, только при 12°/о известняка по весу кокса получен был достаточно жидкий шлак, вытекавший на горна. Вязкость шлака еще уменьшалась с дальнейшим увеличением известняка до 15°/о, но при 25°/о известняка шлак снова делался чрезмерно вязким, благодаря чему происходили неполадки и перерывы в работе.
Скорость газификации при толщине слоя кокса в 1,8 м держалась в пределах 125 кг\м* сечения горна, причем содержание СО в газе было около 31°/о- Такая скорость газификации не благоприятствовала получению достаточно высокой температуры с целью получения подвижного шлака; повышение же ее вело к большим потерям мелкого кокса и пыли через колошник. Этого невидимому можно было бы избежать, допуская большую высоту топлива в генераторе: в таком случае газ покидал бы генератор и с меньшей скоростью и с более низкой температурой. То и другое создавало бы благоприятные условия для уменьшения потерь кокса в пыль-
Практика установила далее пользу нагрева дутья до 270° С; при этом вдувание в генератор пара до 75°/0 от веса кокса не сказывалось серьезно на жидкоплавкости шлака.
1 Расчет флюса для второ процесса дан был в отчете „Газификация с поучением жидкого шлака*.
Большие затруднения с генератором испытывались вследствие ого, что работа его на ночь приостанавливалась: на лещади горна вад фурмами в конце таких остановок образовывались застыв-шие массы шлака.
В 1910 г. Paul Wurth, инженер-конструктор в Люксембурге, пытаясь разработать метод газификации с расплавлением золы, вошел в сношение с фирмой S, F, IL (Sepulchre, Fichet и Ileurtey) с целью использования созданного ими типа генератора для распространения его в Германит
Но первые же попытки показали» что германские сорта углей требуют особых условий для ведения процесса, и только в 1913 г,, после целого ряда неудач и упорной работы, Wflrth’y удалось разработать свой тип генератора, изображенный на рис, 63,
Этот генератор был приспособлен для углей завода Prinz-Re-gent в Бохуме, Генератор имел горн, заплечики и цилиндрическую шЙхту. Размеры его:
Внутренний диаметр горна..................... ЖО о
Высота горна.............................. 1800 »
, 1200 ,
Внутренний диаметр шахты................... 2800 .
Высота шахты............................... 2300 *
Общая высота генератора ................... 5300 .
Толщина кладки из огнеупорного доменного кирпича — 350 мм; кладка выводится в железном кожухе. На уровне лещади имеется
ДЛЯ
Рпс, 63.
-ПОДХОД пяря
гьнфятпр Wurthb с утоняя проюводЛО?
два противоположных отверстия для спуска шлака и чугуна. На высоте 150 Mt от лещади расположено 8 бронзовых, охлаждаемых водой фурм. Газ, отводящийся двумя диаметрально противоположными отверстиями, поступает в пылеотдели-тель, который состоит из ряда параллельно расположенных труб, по которым и проходит газ. Между трубами — в противоположном направлении — протекает воздух, нагреваясь теряющимся
теплом газа до температуры свыше 200° С Воздух подается от вентилятора и поступает в генератор с давлением 800—1000 Mt водяного столба,
В качестве горючего применялся кокс в кусках размерами от 10 до 60 леи, с содержанием золы в 12°/о и влаги 15%,
Средний анализ золы:
S10,.............. 48% СаО................. В%
А1эОа............. 80% равь/ость........ 4%
КеА.............. Wfo
С успехом перерабатывались также коксовое брикетц.
В виде флюса к каждой завалке кокса прибавлялось от 10 до 12°/о от веса его мелкораздробленного доменного шлака.
Шлак из генератора, с небольшим каждый раз количеством чу-Гуна, выпускался через каждые 2—3 часа поочередно через одно из двух шлаковых отверстий.
Испытывавшиеся в первое время затруднения в генераторах атого типа, вследствие намерзания шлака на лещади, вынудили устраивать вначале особую газовую топку под лещадью с целью разогрева ее. Однако в дальнейшем путем шихтовки добились получения достаточно жидкого шлака, и топку под лещадью уже не применяли.
Количество уносимой газом пыли было весьма значительно (6—7о/о от Веса топлива), несмотря на применение все же довольно крупных кусков топлива (10—60 мм), Такому большому проценту потери в пыль генератор был обязан чрезмерно большой суточной производительности: 60 т или 3G0 кз/лЛ час,, считая па площадь сечения шахты.
Таким образом скорость газификации генератора была в три раза больше обычно допускаемой без расплавления золы.
Однако было установлено, что понижение указанной скорости газификации на результатах работы особенно не отражалось, так как шлак получался все же достаточно жидкоплавким.
Интересно отмстить, что в первое время в генератор, работавший на коксе, вдувался воздух без пара, В дальнейшем при работе на коксе же, а в особенности при попытках применения других сортов топлива, в частности лигнита, были вынуждены прибегнуть к добавке пара, вводимого в генератор через ряд трубок, расположенных на 50 мм выше воздушных фурм.
Em, Servais, сотрудник WUrtlra по установке работы генератора, по поводу добавки пара сообщает, 1 что в первое время' газификации лигнитов на одном воздухе работа шла успешно, но через 15 часов фурмы бтало постепенно затягивать настылями, сбить которые никак не удавалось. Давление дутья повысилось, а количество получаемого газа наоборот постепенно падало. Генератор пришлось остановить и с большим трудом выбить его содержимое,
С целью устранения результатов такой работы применялся целый ряд мер: изменялся постепенно диаметр фурм , давлевие дутья, высота топлива и наконец тщательно проделывался анализ всех материалов, и по ним рассчитывалась шихта. Положение оставалось неизменным до тех пор, пока путем логических рассуждений не пришли к выводу о необходимости введения над фурмами пара.
Дело в том, что путем несложного расчета, в роде приведенного нами для обыкновенных генераторов, можно убедиться, что средняя температура низа генератора с расплавлением золы держится около 1600°, Если такая температура вполне пригодна для той части горна, где зола по выгорании последних частиц углерода должна переходить в шлак, то она отнюдь не будет полезной выше фурм, где преждевременное размягчение и оплавление золы будет
t 1 Revue de Metallurgy, Extrait, p, 596, 1922, Le gasogene tuaion de cendrea .(Cougres de Liege, Juin, 1922),
I
лишь помехой работе генератора, способствуя созданию Настылей и мостов из размягченной преждевременно золы топливу мешая вместе с тем его выгоранию,
В доменной печи, анапогия которой с рассматриваемым типом генератора приводилась выше, понижение температуры выше фурм достигается между прочим развитием в этой области эндотермических реакций восстановления окислов^ следовательно в генераторе с расплавлением золы надо тоже вести эндотермическую реакцию, т, е, вдувать выше фурм пар,
С введением пара описанное явление настывания на фурмах прекратилось, так как вследствие понижения температуры всей массы спекания золы вверху Не происходило, благодаря чему содержимое генератора продувалось значительно легче*
Практикой установлено, что пара надо добавлять столько| чтобы в газе содержание СО2 поднялось до 1,5—2°/о, Получающийся при этом газ (на коксе) имел состав: /
СО........ 31 (32%)
соа.......1,5 (2%)
Ия , , * . . е (8%) N3........ 58 (60%)
Теплотворная способность его—1140—1200 кал.
Насколько регулярно шла работа генератора "Wlirth'a можно видеть из диаграмм рис, 64 и 65, снятых регистрирующими аппаратами, из которых первая дает представление о колебаниях температур выходящего из
генератора газа, а вторая — об изменении содержания углекислоты в генераторном газе.
Между прочим по первой диаграмме можно подсчитать количество загрузок угля в генератор, а также судить о своевременности и правильности производства загрузок: после каждой загрузки температура выходящего газа неизменно падает, азатем снова поднимается, дояоая до максимального значения к моменту начала следующей загрузки.
Анализ доменного шлака:
Г 13 77 Ю 3 8 7 Я .
850 5^п
750 SQa
700
^0
БПГГ~
ТЕг^пгрятрря г язя генсрятиря, War?яя
Рис. 64»
Я 7 8 ЭЮ О !Р. ! Ш 5 О 7 3 3 Ю О IP IS 3 6 S 5
V bgg.- | ^4=
l-'-T
1~=|
yrttkncnorbl 3 ГЯЗ£ ггн^рятпря WCirth'f}
Рис. 65.
SiOa.............30%
A12O3............15%
CaO................42%
Анализ шлака из генератора:
SI02..............88%
А1,ОЯ............26%
1 CaO..................32%
№□.............. 6%
РеО и МпО . . - . 7°/*
MgO FeO МаО
2%
10%
1%
Война 1914 г- сильно содействовала развитию газификации о расплавлением золы в Германии — стране, промышленность кото
рой обстоятельствами военного времени была поставлена в особенно тяжелые условия.
Здесь между прочим впервые указано было на возможность применения генератора рассматриваемого типа к тяжелой металлургической промышленЕюсти.
Ниже мы опишем три типа генераторов с Жидким шлаком, введенных в Германии со времени воины (не считая распространенного там же за это время генератора системы WUrth’a): завода Georgs Yarienhiitte, Rehmann’a и Pintsch'a.
Генератор завода Georgs Marienhllttc был описан в статье Вгац-tigam’a. 1
Главные его черты (рис. 66) те же, что п у генератора WUrth'a, Пар в дутье не прибавлялся, а в шлакующихся веществах содержание железа была значительно выше. Газ отводился на уровне колошника и в направлении кверху,поэтому наблюдался меньший унос с ним угольных частиц и пыли,
Шлаковое отверстие устраивалось на 200 лл выше чугунной летки; шлак спускался через каждые 4 часа, а чугун один раз в 8—12 4acoBj в зависимости
'd 1
J
Рис. 66.
or верст nt гилпкй
дли о гверстпс для чугум
а с
воздухопровод
1ГЖ- МД олод s од яшия
-МТ гру£я
от
содержания
железа в шлакующихся веществах, В качестве флюса чаще всего применялся шлак из миксера или из основной мартеновской печи. При скорости газификации 30 т в сутки чугуна за это время получалось от 0,5 до 1 j25 w.
Описанная система генератора давала возможность увеличивать размеры его до 2,7 м в диаметре горна (внутри), зтбл — в диаметре шахты, 1^ м— в диаметре газоотводной трубы при общей высоте генератора в 6,3 м, Такой генератор мог газифицировать в сутки до 100 т топлива.
Ясно, что площадь, занимаемая этим генератором и приходящаяся на 1 т газифицированного jtjjeo значительно меньше в сравнении с таковой для генератора обычного типа,
В табл, 44 приведены результаты работы двух вышерассмотренных типов генератора по данным Markgrafa, s
Обращает на себя внимание в таблице потеря в пыль в генераторе WQrth'a, причем пыль представляет собою не весьма мелкие частицы угля, уносимые в обыкновенных генераторах, но довольно крупные кусочки кокса, выдуваемые из генератора газом,
В данном случае меньшая потеря в пыль в генераторе Georgs, Marienhlltte объясняется главным образом меньшей скоростью газификации.
1 Stahl und Eietn, 188, 1918.
а etkhl und Eiaenj Juli lB 1018,
Верхняя часть генератора боковыми отверстиями сообщается с особой кольцевой камерой, играющей роль пылеуловителя. Узкий горн позволяв г держать достаточно высокую температуру для получения подвижного щлака, а широкая тахта, уменьшая скорость газа, содействует понижению потери частиц кокса в пыль,
Н& рис, 68 изображен специально приспособленный для малой производительности генератор системы Pintscti’a,
Назначение этого генератора—доставлять газ для доменной воздуходувки с газовым двигателем в 100D HP, дающей воздух для доменной печи в те периоды ее работы, когда доменным газом пользоваться нельзя.
Так как в доменном газе коксовой печи содержание водорода невелико, то, для удовлетворения условий работы газовой машины.
доменный газ можно было заменить только таким генераторным газом, какой получается
Рпс, вт.
О
J-—- 8 -"hi.
Ряс. ее.
при газификации без добавки к вдуваемому воздуху пара.
Воздух в этом типе генератора не подогревается предварительно; к, п. д, генератора — 70°/о.
При диаметре горна в 0,9 м скорость газификации должна быть значительной, чтобы доставить необходимое количество газа для машины в 1000 HP.
Но усиленная газификация в данном случае является необходимой и по другим условиям: она д i ет возможность при узком горне, т, е, при относительно большой потере тепла радиацией держать достаточно высокую температуру для получения достаточно жидкого шлака.
При золе очень тугоплавкой или при малой загрузке генератора все же возможны случаи замерзания шлака в горне. С целью облегчения операций по удалению шлака при этих условиях, прибегают к устройству отъемного и подвижного горна.
Сам генератор подвешен к раме наверху, а горн, имеющий вид Вагонетки с шлакоприемником, прикрепляется снизу к корпусу генератора, причем щель между ними заполняется асбестовой прокладкой.
Горн меняется через каждые 6 часов. При перемене горючее в генераторе поддерживается при помощи ложной колосниковой решетки, образуемой стержнями, всунутыми через сопла. Чтобы действие генератора при перемене горнов не прекращалось, в газоотводных трубах устанавливается эксгаустер; таким образом временно генератор работает с засасыванием воздуха.
Работать на таких маленьких генераторах значительно труднее чем на крупных при расплавлении же золы; но они имеют некоторые преимущества перед генераторами малого размера, дающими газ того же состава (примерно на 1 объем СО—2 объема N3), по оперирующими на воздухе без добавки к нему пара и без расплавления золы.
Основные положения для проектирования генераторов, работающих с расплавлением золы; выбор горючего. Для указанного типа генераторов с успехом может применяться горючее с легкоплавкой золой, дающее непрерывные осложнения в случае применения его в обыкновенных генераторах пли топках паровых котлов.
Не может препятствовать установке процесса газификации с жидким шлаком и большое содержанке золы в топливе, тогда как при возможных случаях расходования такого топлива в обыкновенных генераторах приходится иметь дело с большими потерями невыгоревшего кокса в золе генератора; расход же тепла на расплавление шлака заметно ниже тепловой потери от невыгоревшего углерода в золе обыкновенных генераторов.
Главные условия, которые приходится ставить топливу при газификации его с получением жидкого шлака, таковы:
1) его некоксуемость и
2) отсутствие большого количества мелочи.
Первое условие является вполне естественным .для генератора, в котором шуровка не практикуется; второе вызывается большой скоростью газификации, влекущей за собой изрядную потерю мелкого топлива с газом.
Указанное выше условие вынуждает не рекомендовать чрезмерно большой скорости газификации; скорость горения во всяком случае должна быть ниже, чем в доменной нечн.
Предельной допустимой скоростью горения мы считаем 500 кг/м2 час.
Считая вес 1 л*3 не коксующегося каменного угля в 750 «з и время пребывания его в генераторе 0,25 суток (6 часов) имеем толщину слоя топлива в генераторе:
500*24'0,25
--------’— — 4 Л1,
750
При непрерывной работе и при достаточно упругом дутье генератор может иметь по всей высоте одинаковое сечение (ваграночный профильч
Для суточной производительности в 50 т угля необходимо иметь внутренний диаметр:
nd* 50 000
4 “ 500 ’
1 сы
Таблица 44.
Генераторы
WUrth ‘а George Mt*-
Суточная производительность . 50 30
Содерис. С и кокса 87,4 87.4
н3 0,5 0,5
в влаги „ 4,0 4,0
Добавка шлака и °/с веса кокса . . 11 17,7
ь пара в °/о в ... 32 не было
Воды на охлаждение 2,2 V,
Потери в пыль в % Песа кокса . . 9,6 24
Получение шлака 13.3 18
3) чугуна о.з L 3,2
Температура дутья у фурм ° С . . 240 55
* газа из генератора , , 700 800
Анализ газа
СОЭ 2.0 0,6
СО 32,0 33 4
СН4 0,5 0,5
в, ’,5 0,9
Теплотворная способность газа . . 1210 1082,2
В сыром газе заключается: 1
(Оа, 700 мм) 1,52 0 39
нлаги ЭЛА3 (0й, 76) ЛАЛА) 27.8 7,9
ПЫЛИ е/Л63 (Д 760 лала) ....... 21,7 5,3
Тепловой баланс:
Тепло, раэвппаемое горением кокса . (Н,0 09,1
, вносимое паром 2.6
и . влажным дутьем . 3,2 0,9
Итого привод . , , [00,0 100,0
Потенциальное тепло холодного газа 74,3 72,0
Физическое тепло влажного газа . . 15,0 18,4
Потери тепла о пылью 5,6 1,20
Потери тепла в шлаке я чугуне . , 0.90 1,50
Потеря тепла в охлажд, воды , . 1,00 3,80
Неучтенные потери 3,2 ЗД
Итого расход . , . . 100,0 100,0 .
Rehmann, имея ввиду газификацию коксовой мелочи. применил особый тип генератора (рис. 67) с узким горном и широкой шахтой;4
D горна _ 1
D шахты 4
Улучшения в процессе газификации. Контроль за работой генераторов.
Газификация каменных углей при низких температурах.
В отделе расчета генераторного газа говорилось, что наибольший к. п. д, системы генератор-печь получится в том случае, корда генератор будет поставлен возможно ближе к печи, газ будет поступать в нее горячий, т. е. с относительно малой потерей физического тепла, а продукты горения печи будут использованы для парообразования и подсушки сгораемого, если это потребуется (например дров, торфа).
К недостаткам такого использования горячего газа необходимо отнести невозможность точного и вместе с тем экономного для всей системы регулирования количества поступающего газа в любой момент работы печи, а между тем последняя обычно расходует разные количества тепловой энергии в разные периоды своей работы (например мартеновская печь требует наибольшего количества тепловой энергии при расплавлении шихты и наименьшего— перед выпуском, когда эндотермические реакции закончены и газ убавляется).
При таком колебании в расходе газа и при системе генератор-печь придется считаться с форсированным или замедленным ходом генераторов, что не может конечно не отразиться на понижении того еще более высокого к. п, д. установки, который мог бы получиться, если бы генераторный процесс шел всегда одним и тем же наиболее выгодным для генератора ходом.
Только система генератор-газгольдер-печь может дать возможность осуществить такую работу генераторов; по в этой системе придется, по условиям самой установки, оперировать с охлажденным газом,
С другой стороны, мы также указывали выше на экономичность ведения генераторного процесса Ъ две стадии:
а) при низкой температуре в 1-й стадии — с целью утилизации ценных продуктов сухой перегонки, совершенно не получающихся при обычно высоких температурах практикуемого ныне генераторного процесса и
Ъ) при высокой температуре обычного генераторного процесса во 2-й стадии, причем горючим материалом для этой стадии газификации служит полукокс, получающийся от 1-й стадии.
Таким образом, оба указанные условия, комбинируясь, дают возможность осуществить самую рациональную систему газификации, так как для нагрева угля в 1-й стадии пользуются физическим теплом газа 2-й стадии, а в результате очистки газа от всех ценных продуктов после 1-й стадии газификации получается холодный газ, поступающий в газгольдер и отсюда к печам.
Не останавливаясь подробно на химической стороне процесса газификации при низких температурах, скажем лишь, что в смолах обычного генераторного процесса мы имеем дело с углеводородами бензинового ряда, тогда как в смолах из аппаратов, ведущих сухую перегонку при низких температурах (500—600° С и ниже), содержатся и более ценные углеводороды парафинового ряда, пригодные
для получения путем фракционной перегонки ценных легких масел (например, лубрикаторных).
Кроме того» в числе продуктов газификации при низких температурах мы имеем также столь ценный аммиак и полукокс, являющийся между прочим прекрасным бездымным топливом, так
дающие дым, остаются в маслах.
как все составные части,
Рис. ев.
Ниже мы даем примеры различных приемов частичного использования физического тепла генераторного газа для де< тилляции.
На рис, 69 изображен генератор системы Pintsch’a из двух отделений— широкого нижнего В и узкого верхнего 4, в которое и производится загрузка топлива. За счет физического тепла горячего (до ноо°С) газа, получающегося в реторте В, происходит дестилляция топлива в реторте А, причем гав удаляется из нее с тем* пературой от Юо до 150° С. Благодаря такому делению процесса газификации, отводим ый через патрубок С газ верхней реторты содержит увеличенное против обычного в генераторном газе количество аммиака и смолы.
Этот тип генератора пригоден для таких сортов топлива, как торф, дерево, бурый уголь, с содержанием влаги до 25°/0,
Через верхнюю реторту пропускается та или иная часть „коксового
газа\ получающегося в нижней ре-
торте в зависимости от содержания летучих в топливе, и по преимуществу влаги в нем. Количество выходящих из генератора как
Таблица 45.
Состав Коксовый газ нижней реторты Дестилля-пнонный газ верхней реторты Смешанный гаЪ после удаления смол
СО3 19 11,4 7,7
СпНт 0»4 0,2
СО 27,0 23.5 25,5
Н, 13,2 19,2 15.7
СД 1.2 0.5
м3 53,4 88,4 47.1
сщ 1,* 5,9 3,8
Теплотворная с«о-собность 1296 1949 1 1566
лл
коксового, так и дестилляционяого газов регулируется особыми клапанами, расположенными в соответствующих гааоотводах- Шуровка в обеих ретортах производится через отверстия JE и F,
В виде примера приводим результаты газификации брикетов бурого угля состава: влаги—15.07%, золы—5,46%, летучих веществ — 40,63%, фиксиров, углерода—38,84%.
Теплотворная способность брикетов - 4774 кал.1
Анализ получаемого газа см, в табл, 45.
Из всего горячего газа, полученного в нижней реторте, через верхнюю реторту пропущено 34,5%.
От веса топлива получено Зь8% сырой (необезвоженной) смолы с теплотворной способностью в 6788 кал.%? и с содержанием углерода в 02,5%.
Тепловой баланс генератора
Тепловое содержание холодного газа , . . 77,4 %
, . смолы................... 12.56%
Физическое тепло газа................. 2,59*%
Потери тепла с золой.................. 1,0%
Неучтенные потери..................... 6,4 5°
100,00%
На рпс, 70 приводится тип генератора с ретортой для дестил-ляции, опушенной в самый генератор. При таком устройстве процесс дестилляции совершается не только за счет тепла горячего газа, проходящего через толщу угля в реторте, но и за счет тепла, поглощаемого стенками самой реторты. Чтобы прогрев угля в реторте происходил более равномерно, а также с целью лучшего распределения угля в генераторе, в реторту вводится особый вращающийся механизм, состоящий из вертикального стержня на оси генератора с рядами насаженных _на него лопаток.
Через реторту, при обычных газовичных углях, пропускается от 0,2 до 0,25% всего горячего газа; при температуре его в 750° С он охлаждается в реторте примерно до 150сС.
Смолы получается около 6% от веса угля; время пребывания угля в реторте — от 2 до 3 часов.
Средний анализ газа из генератора (смешанного):
4“ 6% СО., .22 —26%
—12% СН4..,3%
1 Gasbelouchtung, Sept, 4, 1920-
1Д7
Если считать выход газа в 4,5 угля, то при теплотворной 'способности угля в 7000 кал. и при пропуске через реторту 25% всего горячего газа имеем уменьшение расхода Т'пла на нагрев газа
4,5-0,25 (750-0,32—150-0,3) = 211 кал.,
которые составляют
211-100
7000
= 3%
от теплотворной способности угля.
Рис. 7L
На рис. 71 изображена полная схема процесса газификации каменных углей при низких и высоких температурах с целью утилизации ценных масел и получения газа для выплавки стали; га- зификация по этой схеме разработана Н. Nlelsen'oM.3
В ней обозначены:
/—вращающаяся реторта для газификации при низких темпе, ратурах; размер ее — длина 27 м> диаметр опущенного конца — 2,7 м верхнего — 2,1 м>\
2 — генераторы, работающие обычным процессом на полукоксе, получающемся из вращающейся реторты;
3—котлы с пылеотделителями внизу;
4— экономайзер;
б—бункер, питающий вращающуюся реторту углем;
6т би 6ш—смолоотделители с конденсатором (6П) в середине;
7 — маслоотделители;
в— инжектор для смешения газа;
9 — промывка газа;
10— газгольдер, дающий газ в сталелитейную фабрику.
Различными линиями обозначены пути следования пара, воды, полукокса, смолистых и легких масел,
1 Engineering, Muoh 2< 1022, Producer Gm lor furnace Work. IM
Как видно из схемы, горячий газ поступает во вращающуюся реторту только из одного генератора; газ из других генераторов отдает свое физическое тепло сначала котлам, а потом экономайзеру.
Необходимо отметить еще, что смешанный газ в газгольдере обладает теплотворной сособностыо в 1600 кал/л3, т, е. необычной для генераторного процесса, несмотря на то, что из топлива извлечены ценные масла. Объясняется это конечно тем, что мы не пользуемся кислородом воздуха для газификации при низких температурах, и что газ богат составными частями с высокой теплотвор* ной способностью.
По расчетам, пара, получающегося в котлах, вполне хватает как для генераторов, так и для приведения в действие всех механизмов, необходимых например для вращения реторты, питания ее углем и пр.
Генераторные установки с паровыми котлами.
Уменьшение внешних потерь тепла в генераторах путем исполь-
зования части этого тепла на равно как использование физического тепла отходящих газов вне генератора для паро* образования—возможно только при сгораемом, не дающем летучих веществ, как-то: коксе, полукоксе, коксите, антраците И L П, ,
Применение битуминозных углей в установках генератор-котел вызывает большие затруднения, вследствие быстрого засорения трубок котла смолой, сажей и пылью и поэтому не практикуется.
Впервые крупная установка генератора с котлами была осуществлена на газовом заводе в Вене в 1911 г. На рис. 72 приводится устройство генераторов этого завода с котлами по системе Mariscnka—последней, более новой кон
нагрев воды и на парообразование,
Рис. 72.
струкции.
Котел состоит из двух барабанов — нижнего водяного и
верхнего парового, соединенных Между собою трубками (водотрубный котел). Верхние части котла защищены снаружи и частично вдутри огнеупорной кладкой, причем последняя дает возможность Применить длинные трубки, соединяющие барабаны, усилив таким образом парообразование (в первой конструкции водяной барабан был выше горизонта засыпи кокса в генератор). Оригинальным
К засыпной коробке является подвешивание конуса к тросу при помощи рычага с сегментом на конце; при таком устройстве точка подвеса конуса идет всегда по вертикали, благодаря чему уголь распределяется по генератору ровным кольцевым слоем.
Ниже помещены средние результаты работы описанноп установки за время с 1920 по 1922 г. (опубликована в „Gas und Wasser-fach"). В сутки генератор газифицировал в среднем 15д2 т, максимум 27,16 т кокса.
Анализ его: влаги—16%, золы —14,56%, коксового остатка — 69,44%.
Размеры кокса:
1)
2) Г — 1//— 47,8%,
3) 7/ —
Среднее содержание пыли в сыром газе—3,67 г/м3, в промытом— 0,1 е/лЛ
На 11 работающих генераторов в смену приходилось 5 человек рабочих.
Пара получалось (80 фун, на 1 дм Л) —1,2 кг на 1 кг кокса.
На 1 м* поверхности котла получалось пара в 1 час—13,8 кг.
Температура отходящего газа—180не-
минимальный к, iL д.( не учитывая производства пара и учитывая холодный газ, —79%.
Из полученного пара на генераторы расходовалось 25% от веса кокса; остальной пар поступал на другие нужды завода,
С учетом этого пара к. п. д. генератора — 87%.
В наружной обмуровке котла при генераторе в области трубок имеется два ряда отверстий для чистки. Через каждые 4 месяца котлы по очереди останавливались для удаления накипи.
В отличие от генераторов, применяющих ватер-жакеты, описанные генераторы-котлы требовали очень небольшого ремонта в металлических частях.
Объясняется это тем, что в ватер-жакетах обычных генераторов нагрев воды заметно ниже 100°С, следовательно пары дутья конденсируются на внутренней поверхности жакетов, способствуя их более быстрому износу. ь
При котельной установке с температурой воды в иижнем барабане выше 100°С такой конденсации пара нет.
На рис. 73 изображена котельная установка при генераторе, примененная в последнее время в Америке (Hoppers Company).
Она представляет собой комбинацию двух котлов: низкого давления при самом генераторе и высокого давления'—для использования тепла газа по выходе его из генератора.
Первый состоит из ватер-жакета, соединенного двумя трубками с 'небольшим, расположенным вверху пароводяным барабаном. Таким образом это устройство представляет собою термосифон, в котором поддерживается непрерывная циркуляция воды — по верхней трубке вода, нагретая до 107°С, идет из жакета в барабан, откуда, охлажденная до 105°С, вода по нижней трубке спускается обратно в жакет.
Получающийся пар низкого давления скопляется в барабане Ц Идет на увлажнение дутья генератора.
Котел высокого давлений представляет собою обычный'вертикального типа газотрубный котел, снабженный внизу пнлеотдели-лгелем и вверху предохранительным клапаном. Верх и низ трубчатого барабана котла, наполненного водой, сообщаются патрубками с пароводяным барабаном. Генераторный газ охлаждается в котле с 7БО до 25О°С-
ВВЗДу-хвпровид
пярпвпЯ Еяряйяк Etneak. ДЯБЛЕННЯ
пярпв SftpnSw нпзк дядя.
Рис- 73
кпТ£Л ДЛЯ №>
тепля ,ь гл зя
ЛЯ ГЯЗЛ-. тпиЕл
Контроль работы генератора.
Цель генераторного процесса — получение высококалорийного, ровного (по составу во времени) газа, содержащего возможно меньше влаги и пылИь Это достигается при определенной интенсивности горения, соответствующей:
а) качеству топлива,
Ь) устройству генератора,
с) степени механизации процесса.
Интенсивность горения топлива обусловливает, в свою очередь, количество и упругость вводимого в единицу времени дутья, а также оптимальное количество пара, увлажняющего дутье.
Следовательно, раз установлена для получения наилучших результатов работы генератора степень интенсивности хода, т, е< количество вдуваемых воздуха и пара, необходимо, чтобы эти величины, при расходовании каменного угля одинаковых качеств, изменялись возможно менее, а поэтому контроль работы генератора будет заключаться в определении;
1) количеств и давления, вдуваемых в генератор воздуха и пара;
2) температуры воздуха и генераторного газа;
,8) анализа генераторного газа, его давления и количества.
101
Ток как от генератора требуется хорошая работа в течение про- ! должительного времени, то для контроля лучше всего применять * непрерывно действующие регистрирующие приборы: |
а) самопишущие воздухомеры и паромеры;
Ъ) регистрирующие калориметры и термографы; х f
с) самопишущие анализаторы и пр. =
Заграничная практика генераторных установок показала, что ; все расходы по введению указанных автоматических приборов: с избытком окупаются получаемой при этом экономией.
Остановимся несколько подробнее на значении работы приборов/: непрерывно регистрирующих состав газа (содержание СО2 в нем) и температуру его.
Рис, и.
Рдс, 75.
Выше мы уже говорили, что по установлении для данного сорта топлива и устройства генератора оптимальных условий работы его (количества вдуваемых воздуха, пара и пр.) мы можем надеяться получить и наилучший состав газа. Всякое изменение условий работы в худшую сторону немедленно отзовется на понижени-п теплотворной способности газа, на увеличении содержания углекислоты в нем и понижении водорода.
Следовательно, самопишущие анализаторы, определяющие в газе только углекислоту, дают возможность в данном случае иметь определенное суждение о работе генератора, '
На рис. 74, 7б, 76 нриве [ены три диаграммы самопишущего анализатора, указывающие на изменение в газе содержания угле-
* < по
кислоты: 1 * на рис, 74 приведена работа генератора в начале контроля'—содержание углекислоты в газе резко колебалось и поднималось временами до 9%; рис. 75 даст работу того же генератора после того, как были приняты некоторые меры к улучшению хода его, и наконец рис. 76 изображает ход генератора при наблюдении за работой его, В последнем случае стало возможным получать довольно ровный газ состава:
С02........... 5,75% .........15,02%
СО............25,53% N............4% %
СНЛ........... 2,63о/и н;О........ 9,G7%
Теплотворная способность его (0D,760 мг) была 1386 кал,/лг3.
Генератор работал на буроугольных брикетах состава,
С...............54,2% %............. 0,4%
в . > . . l . 40% НгО..........13,3
0...............20,7% зилы.......... 7 %
$.............. 0.4%
Если мн выше говорилк о получении оптимального состава газа при наиболее благоприятных для этого условиях работы генера-
тора, а затем полагали, что дальнейшее увеличение содержания COj в нем (уменьшение Но) необходимо принимать за признак ухудшения процесса, то причиною такого увеличения СОа (уменьшения И3), надо считать полное горение части углерода в СОЙ (Н2 в ILO) для покрытия развивающимся теплом тех расходных ;стй.теп генераторною процесса, которые начали увеличиваться при Отклонении хода процесса от наиболее благоприятного для данного copra горючего и условий работы.
Выше, описывая работу генератора с расплавлением золы системы Wllrtlf а. мы приводили температурную диаграмму его, указывающую па хороший ход работы. Б качестве примера плохой работы генератора на рис. 77 приводится вторая диаграмма, из .которой прежде всего видно, что температура отходящего генераторного газа была очень высока: она колебалась в пределах Я20—1010°С, вместо нормальных 600 — 70осС. Такой сильный нагрев газа не мог конечно не отразиться на ухудшении качества его: содержание углекислоты в газе было вообще высоко (8—9%), а временами поднималось до 1334°/о.
На диаграмме можчо также заметить неблагоприятное влияние длинных промежутков между отдельными загрузками: между 12 час.
1 Dr. Ing. Мак. Schlipkoter, Warmewir tec haft im EieenhiittenweBen.
4 n
194
и 12 час. 35 мни. загрузка производилась только два раза; как раз этому промежутку времени и соответствует наиболее высокая температура— 1O1OQC, С 12 час. 3& мин. и до 1 час. 5 мин, генератор загружайся уже четыре раза, вследствие чего температура газа постепенно падала.
Продолжительность промежутков между отдельными загрузками невидимому находится в зависимости от высоты слоя угля в генераторе— с увеличением последней менее резко будет влиять на колебание температуры газа и увеличение промежутков между загрузками.
При проверке работы генератора в любой момент, о результатах ее судят также:
1) но виду пламени горящего газа,
;2) по цвету газа,
3) по пробе с железным стержнем (пикой), опущенным в генератор.
1 5 15 25 35 45 55 5 /5' 25 35 45 55 5 /5 25 3545 55 5 /5 25 3545 55
Рис. 77.
Чем больше горючих составных частей в газе, тем длиннее и блестящей (от присутствия углеводородов) пламя. При развитии прогароа в генераторе, т. е. при получении так называемого, „горелого" газа (газа с большим содержанием СОг), пламя будет значительно короче и менее блестящвь 1 В случае очень плохого хода, генератора, газ из пего, охлаждаясь в пробной газовой трубке^ даже трудно загорается.
Цвет Г13а меняется в зависимости от хода генератора. При холодном ходе желтые пары смолы, мало разлагаясь, дают газу чистый желтый оттенок, напоминающий цвет новой овчинной шубы; с повышением температуры часть смолы разлагается, п цвет постепенно от желтого переходит в голубой с коричневым офтенком. При горячем ходе генератора, с увеличением содержания СОа, газ постепенно теряет оттенки цветов и становится светлосерым, про* врачным. Лучшим для металлургических процессов считается голубой газ, с коричнево-желтоватым оттенком-
Такой газ ври открытии пробки шуровочного отверстия с шумом вырывается из него в форме густой, клубящейся струи, не загорающейся на воздухе, вследствие большой скорости ее п невысокой сравнительно, температуры (нормальный или хороший ход генератора).
1 Блестящий цвет пламени, рас к ал его, придается ему накаленными частицами углерода, получающимися в гаев вследствие распада при высоких температурах углеводородов. р
Наоборот плохой газ, получающийся при наличии прогаров в генераторе, редкий, следовательно струя его выходит с неболь-той скоростью, а так как он имеет кроме того и высокую температуру, то обычно загорается на воздухе по выходе из шуровочного отверстия.
При пробе с железным стержнем (пикой) последний опускается на несколько минут (>коло 5) в шуровочное отверстие 'енгратора на глубину верха колосникового устройства. По нагреву и виду снаружи отдельных частей сюржня, учитывая их размеры, судят о ходе процесса.
Опытный глаз, при осмотре вынутой пики, может различить 4 разных по виду части ее в том месте, где она была погружена в толщу содержимого генератора, причем каждая часть будет соответствовать следующим отдельным зонам генератора, считая развитие этих зон от верха колосникового устройства и до поверхности засыпи угля:
1) Зона шлаковой подушки. Часть пики, находившаяся в этой зоне, хотя и нагрета, но раскала не имеет, так как она была погружена в постепенно остывающий шлак.
При нормальном ходе генератора средняя толщина этой зоны около 300 мм.
2) Зона энергичного горения, при котором имеет заметное развитие экзотермическая реакция:
С —Оа === СОа —97 650 кал.
Вследствие высокой температуры этой зоны, погруженная в нее пика успевает за 5 минут накалиться докрасна.
Толщина этой зоны при нормальном ходе около 200 мм.
3) Зона восстановительная; в ней, вследствие сильного развития эндотермической реакции:
СОа Ч- С — 200 — 38 700 кал.
накал пики постепенно ослабевает и; наконец, совершенно исчезает; но все же она еще настолько сильно нагрета, что поверхность ее остается совершенно чистой.
Эта зона при нормальном ходе генератора имеет наибольшее развитие, измеряясь толщиною примерно в 500 мм.
4) Зона сухой перегонки и подготовительная. Пика в ней нагревается сравнительно слабо, поэтому в нижней части этой зоны она покрывается смолой, а в верхней — сажистым углем.
Нормальная толщина этой зоны—300 мм.
Таким образом, при нормальном ходе генератора над шлаковой подушкой в зОО мм мы имеем общую толщину слоя газифицирующегося угля:
200 + 500 + 300 ~ 1 000 мм;
эта толщина и характеризует нормальный ход генератора.
При заметном понижен.,и слоя угля в сравнении с этой/величиной сильно развивается зона горения за счет резкого уменьшения зон восстановительной и подготовительной,
Вообще же высота слоя горючего в генераторе находится в зависимости от:
1) количества дутья и
2) качества угля — величины отдельных кусков его, той или иной склонности угля к спеканию, степени влажности его.
При увеличении количества дутья слой угля в генераторе, при всех прочих равных условиях, следует также увеличивать.
G перехотим в работе генератора на более крупный уголь надоили повыгнать стой угля или уменьшать количество вдуваемого дутья.
Наоборот, пои увеличении спеааемоош угля, необходимо держать слой угля ниже или повышать расход дутья. То же самое надо делать и при сыром угле, тм: как он спекается легче сухого.
Степень зольности угля вчняег на темп работ внизу генератора: чем зольность выше, тем больше оборотов в единицу времени должна делать чаша, или глубже должна опускаться лопатка для выгрузки шлака.
С целью поддержания правит:-, но го, регулярного хода генератора необходимо держать шлаковую подушку всегда на одной и той же высоте.
Холодный и горячий ход каменноугольного генератора. Прогары,
Холодный ход генератора характеризуется низкой температурой газа вверху генсраюра (нормальная НО о — 700“С), наличием в газе заметного количества сажи (реакция: 2Си — С-рСО2), так что через гляделки шуровочных отверстий виден темный, сажистый газ.
Для исправления итого хода необходимо:
1) понизить слой горючего и загрузить, если это представляется возможным, хороший уголь;
2) увеличить количество вдуваемого вое. л ух а;
3) уменьшить подаваемый в .чутье пар.
При горячем ходе, характеризующемся небольшим сравнительно количеством выходящего из шуровочных отверстий газа, цвета, приближающегося к светлосерому, с повышенной против нормы температурой, необходимо принимать следующие меры:
1) произвести тщательную шуровку поверхности угля в генераторе;
2) увеличить слой угля;
3) увеличить количество подаваемого паря;
4) уменьшить подачу воздуха.
При недостаточно внимательном отношении к шуровке или при неравномерной засыпке угля в гене pan. pt а также при сильном уменьшении слоя в нем, могут появиться так называемые прогары, т. е. такие места на поверхности насыпи угля в генераторе, в которых зона горении резко п ины шлется, постепенно захватывая Зоны восстановления и сухой перегонки.
В случае крайнего развития прогаров, они обнаруживаются через гляделки шуровочных отверстий в виде светлых и даже блестящих пятен раскаченного в этом месте угля.
Качество газа при наличии прогаров сильно ухудшается; шахта генератора разогревается заметно сильнее; возникает опасность сжигания колосников.
*
Для уничтожения прогаров необходимо:
1) произвести тщательную шуровку, чтобы газ по всей поверхности генератора вы кодил равномерней, что вызывает и более равномерное распределение воздуха у kcvocheu^b;
2) в месте прогаров засылать больше у; ля, для чего его необхо* дим о заваливать в коробку ближе к тому боку генератора, где имеются прогары; талсая неравномерная засыпь производится до тех пор, пока не вырх^вняется слей угля в генераторе.
Пуск большого количества папа средство, иногда практикуемое при прогарах, — не может быть о внесено к числу мер рациональных при борьбе с прогарами: хотя температура в генераторе при этом и понижается, но хачеспю газа обычно не улучшается, а самое главное, прогары не ликвидируются^
•• L
Настыли в генераторе.
Легкоплавкая зола угля налипает иногда постепенно на шамотовые кирпичи генератора, образуя местами крупные настыли, которые сильно нарушают равномерность хода генератора, а иногда вынуждают даже прекращать работу генератора, выдувать его.
Для предупреждения образования таких настылей, газовщик должен время от времени ощупывать стен ял генератора пикой и сбивать начинающие образовываться настыли. Если это не удается, то прибегают к следующей мере: путем выгребания золы внизу генератора понижают шлаковую подушку и нагревают затем генератор возможно сильнее, увеличивая дутье и уменьшая количество пара,
В результате такой работы настыли становятся мягкими, начинают „тянуться11. Тогда резко повышают количество вдуваемого пара, вследствие чего мягкая настыль гранулируется и работе генератора в дальнейшем не мешает.
Исследование работы генератора.
Плохая работа генератора, создающаяся при изменении тех условий, которые способствуют получению наилучшего состава газа, в сильной степени отражается и на работе печей, которые обслуживаются генераторным газом, ухудшая технические результаты их и увеличивая расход топлива на выделку единицы продукта.
Отсюда ясно, насколько важно в каждом отдельном случае работы генератора установить наиболее выгодные условия для хода процесса- Подобная задача выполняется путем планомерного изменения отдельных факторов, влияющих на ход процесса, как-то: скорости газификации, добавки пара, высоты слоя угля в генераторе и т, д. Наилучшему ходу генератора при определенной его конструкции и данном сорте топлива соответствуют определенные условия для каждого фактора в отдельности. Подыскивание этих условий производится путем исследования работы действующих генераторов.
Дело это является весьма сложным, так как состав газа меняется от очень многих условий. Важно поэтому иметь варанее вырабо-
тайный общий план, которым можно было бы руководствоваться при исследовании процесса газификации.
Ниже будут приведены те нормы по испытанию газогенераторов, которые установлены еще в 1914 г. 1 исполнительным бюро Комитета германских железопромышленников (Arbeitsausschnss des Shhhverksausschusses des Vereins deutscher Eisenhilttentente), c целью получения однообразия при проведении испытаний, что безусловно небходиыо при сравнении работы генератора в случае многочисленных изменений разных факторов, влияющих на ход процесса.
Руководство для составления отчетов испытаний,
1) Место испытания.
2) Время испытания — год и прочие даты,
3) Д л и т е л ьн о с т ь и с п ы т а и ия.
Продолжительность его (не менее 24 час.) устанавливается после того как генератор регулярно проработал на одном и том жо топливе не менее 5 суток, Цель — выяснение и сопосгавление всех неправильностей прсцесса^
4) Констр укция генератора.
Эскиз генератора с указ шлем главнейших размеров его, расчетная и действительная производительность; обозначение на чертеже пунктов наблюдений; количество персонала, необходимого для обслуживания генератора.
б) Топливо.
Месторождение, торговая номенклатура (данные о величине кусков).
Анализ в процентах (С, влага, зола, На, Оа, Na, S).
Проба на коксование.
Нижний предел теплотворной способности по анализу.
Нижний предел теплотворной способности, получаемой сжиганием в бомбе (то и другое в калд^гл
Размер кусков топлива в процентах:
Рядовой угодь
О.....................................б ЛЛ4
€.............................. . . 10 ,
10................................... 20 ,
20....................................40 м
40....................................to „
Мадодввро* толлпио
О..................................0.5.ИЛ1
0,5.................................1
1 3
3 5
5.... 8
8.................................12
выше 12
1 Stahl Е1вед, s, 233—337, 1814,
Тщательный отбор пробы на складе или при каждой вагрувке в генератор.
6) Зола.
Желателен полный анализ. В крайнем случае необходимо определение горючих остатков в золе, влаги и данных о плавкости (отбор пробы производится так же, как и для топлива).
7) Генераторный газ.
Назначение его. Среднее содержание СО2, СО, Нг, С1Ц, смолы, пыли и летучих веществ.
Отбор газа для этой цели должен производиться из отводного патрубка при помощи трубки с размером диаметра в свету не .менее 10 мл, причем скорость отводимого газа при входе его в трубку должна приблизительно равняться скорости газа в патрубке.
Содержание углерода в смоле и пыли может быть принято в среднем в 70%.
Температура газа в °C; давление его в мм водяного столба. Нижний предел теплотворной способности:
по анализу: (кал./л^),
по калориметру: (кал-Аи3).
Количество газа (1б°С; давления) на 1 кг топлива, вычисленное по анализам: (л^/яз].
8) Производительность генератора: нагрузка в яз/час;
„ в час поверхности сечения шахты генератора. Количество газа: .i/Л/час.
9) Расход силы на действие вспомогательных механизмов при генераторе.
10) Давление отводимого газа в лш водяного столба (до очистки и после).
Все необходимые при исслещвании отсчеты удобно заносить в прилагаемые здесь три ф *рмы ведомостей, составленные и рекомендуемые Союзом германских железопромышленников, причем 1-я форма предназначена для занесения отсчетов, производящихся через каждый час; вторая — для нерегулярных отсчетов и 3-я — для отсчетов через каждые 12 часов, но не менее трех раз за время испытагшя, т. е. при 21-часовом периоде испытания такие отсчет^ должны быть занесены в начале, в середине и в конце ь исследования.
'Для более быстрого вычисления наиболее важных величин Союз германских железопромышленников рекомендует применять нижеприведенные формулы.
14
*
UU5
Время (черев каждый чао)
t ноедуха н *C
До п'>верхнО' отн топлива
До поверхности шлака
Расход воды на охлаждений в кг
Охлаждающей воды при входе
Охла сдающей воды при выходе
Воды в пиро-об?аз свателе1
!• I / Во здушнсЙ смеси для гене:атора
’ Гаэз при от*-виде нз ге е-ратора
Газа после отделения пара
г 1 1 ч i т । II 1 1 < 1 " —«Ч Л Ь— " М F Воздуха в Г ЬВН В:;кду-, хоприво е
Я
Q
г*
tO 5» К Я (В Я »
4J я со
I
К
i';
v<-
На колоснн*
ь’ -X
Газа в газо- I отводе J
__ ।
4J я
На 1 кг топл. (из расчета по анализу) м3
Общее (при 15е
С и давя, кг/ем f .к3, час
сн*
NH3>
Н жннд предел те-плотвр калорнм. способ, кал. hi3.
| Примечание
to
14
ш
Форла Л? 3
Место:
Дата: /
Исследование ?
Слой топлива в начале (с.и); слой шлака в начале (с^е),
> .в Finite а , в конце (cjt).
Ракетойнпя ретпег^к (кодог нпкоаоЯ).
Во всех случаях измеряется [.асстояняе верха (тшя^а, шлака или колосник fob) ст поверхности рабочее пдо а.и:и.
топливо
I i
I I
3 о JJ А
“------...—-----------—_- ..— -- ...... _ ..—Прим ем диве
II ,
flpcwtf I и 77 г ;
а « — — “ • г I «“ "а • W I • а а . “ “ ^ . . I • ч _> . а а _ a 4 • "a f • • I
i
।
Сумма
Среднее в час
Если обозначить через: ^ — содержание углерода в
Cg *» . ?» ч
Св—потерю углерода в золе
Сг—содержание углерода в
Сс,п, ?J » В
1 кг топлива,
F золы, выгребаемой из генератора, генератора (о отнесением этой величины на 1 кг топлива)* 1 л3 газа (]5СС; кг/сле2), смоле и пыли* находящихся в 1 -н* газа (15°С; кг/сле2),
«о
DQ *
Af —содержание золы в 1 кг топлива.
J —содержание минер, составлю в 1 кг золы генератора, w —теплотворную способность 1 кг топлива, WT —теплотворную способность 1 м* гаэа (15°С; Kzjcju?), — теплоту подводимого на 1 jm? газа пара,
Ж11:— ч получаемого на 1 ле3 газа пара*
VT —получение газа (ле3 на 1 кг топлива) при 15°С и при давлении 1 кз.'слс", то имеем:
1) Св Cs - 2^-
l2) Сг^4*914 (СОд+СО + СН4), причем в скобках поставлены объемные проценты газов; 1 е/мол. газа (ОсС; 7во мм) принята в 22,4 л; при 13°С и давлении 1»г/см3 эта величина равна — 24,42 л.
3) Жг —30,5 СО + 25,8Нз 4-85,9 СН<,
Сумма
Отсчеты через 12 часов (но не менее трех)
Я
Я
%
В бреднен за чао
Место:
Дата: Исследование;
Вращающ. в кол сниках решетка
и
О и
а»
Форма Лв 3
Руководитель испытания :
Расход пара от постороннего источи.
Расход сжатого в is духа для шуровочных отверстий J
Небытии обр 'Зуе мого пара
а>
к
1 В зависимости от конструкции генератора.
8 Для отдувания гава при шуров ках.
кг к 1 1 1 к
о и .5 о га ГЛ р о *Ч“%
о Ф Г*
Я Л О V • 1 р £ га V
я г- К О 44 ►ч о? й 4* к
п Ю о 14 Д Q
о я о о
ЕС Л у г=с? М4
Примечание
Теплотворные способности газов приняты в этой формуле по последним данным.
4)
^-Сз
"rrtrftfWfZW
Г'ПЛЯ ГЯЗ^.Ь
rf-i
Ma rffj# nw!5'a !Ш япя J .. ВМЖММ
' .% *
Г77Л*Лт“1
J тепля C nbJPbK}
Я СПЯЛЯП..^ '
1 УзлзёЬипчмгп
- 7£nn.Q06£Jfl308Rt1rtfl
пшгрез^
маспбнютЬ
ТйММ8Ъ..?Ь
Рдс. 78.
J %. 0МХШ ГГШ
J ПврВабдЯМВМНЯ
~ 7ГЛПЛС
- ПУТЬ [fl.. %
/О!7.%
Теплотехнический к. п. д^ генератора, отнесенный к чистому газу, при 1й°С равен:
НН-’ГГ
100.
Рас, 70.
эм
На основании произведенных исследований составляется дна* грамма:
1) го форме, изображенной на рис. 78; в ней приводится к. п- д. генератора и угсазн веются вес отдельные статьи потерь, или
2) по методу Sanky (рас, 79).
В последнем случае приводятся работа генератора на каменном угле при царовозду?лном дугье, без использования побочных продуктов
Данные работы этого генератора по диаграмме Sanky таковы (в %):
1) На получение водяного пара................................... 5
2) Teii.iroc.),?ie;i?K^Rj|6 юдяногг^ ияра...................... 3,3
3) Тсндэсодержание на^угдтого воздуха ......................... 0,3
4) Участвует- в гепирьтьр ом процессе..........................96,6
5) Потеря теплоты в остатках................................... 5
(теплота нагрева зх -- 0,9%)................................. 5,9
6) Потери на утечку, теплопроводность и лучеиспускание - . - 8,0
7) Скрытая тепло.а испарения пара, содержащегося в га^е • . . 3.
8) Количество тепла в газе, возможное к использованию непосредственно пл в.-лхоле из генератора * ............................ 81Д
9} Те илота. ч^гр^па гаг^а , . ................................ J4
10) Дотерт нл лучеиспускание в трубопроводах. ...... 8 — 10
11) Теплотворная со; соб.i- сть смолистых веществ............ 5,7
12) Гсдл нагрев д, 5<а и счетом потерт, и трубопроводе па лучв11сиуегсз.няе................................................. 4 — 5
13} Количество тепла, содержащегося в очищенном газе ... 62
Определение количества газа производится пли вычислением (о чем говорилось выше) иди измерением с помощью диафрагмы, вставляемой во фланец газопровода-3
Таким же путей может быть определено и количество подаваемого в генераторы воздуха.
Материальный и тепловой балансы процессов.
Всякий процесс, требующий для своего хода тепла, в какой бы форме оно ни поступало (физическое тепло, потенциальная тепловая энергия горючего и пр.), должен утилизировать его паилучшйм образом, т. е. давать наибольший к. п. д.
Величину этого коэфициента мы можем определить только тогда, когда будем знать все статьи расхода тепла приведении процесса: полезные — которые входят в к. и. д«, и* бесполезные — составляющие потери тепла.
Все приходные и расходные статьи тепла для ведения какого-либо процесса нетрудно определить путем расчета, кроме одной статьи —на внешние потери (лучеиспускание и конвекцию), не поддающиеся точному учету при современных научных знанияк.
Статья эта определяется по разности между суммой всех приходных статей тепля и поддающихся учету расходных статей.
Составление теплового баланса какого-либо процесса и заключается в учете вбех приходо-расходных статей и в определении,
1 В случае, когда печь непосредственно примыкает к генератору.
а L. Lit in в ky, Messing groBer Gaamengen, Otto Spaner, Leipzig, 1932.
в конце концов, внешних потерь, величина которых должна быт£ достоверной для данного процесса, что учитывается путем чисто практическим.
Но прежде чем приступать к составлению теплового баланса, надо свести баланс материальный, так как именно его величинами и пользуются в тепловом балансе.
Только при правильно сведенном материальном балансе можно приступить к сводке теплового.
Оба баланса должны все свои расчеты вести на единицу получаемого продукта, так как к таковой обычно сводятся и все экономические подсчеты.
В дальнейшем будут даны расчеты материального и теплового баланса наиболее простого процесса для обжига известняка.
Дан известняк состава:
СаСО3..............9L1% Г^О.т............ 0.8% '
М£С03............. 2Д% ЙЮ............... 3%
AiA .............. 1/2% ILO............ 1,8%
Обжиг его производится в шахтной печи на газе из каменного угля; состав того и другого будет взят из приведенного выше расчета (см. расчет газа из каменного угля).
Генераторы составляют одно целое с печью; будет учитываться к. п. д. всей системы.
Расход угля 15% от в-са получаемого продукта.
Суточная производительность печи — 40 т извести.
Так как обжиг „до отказа- говел бы к рпенанию массы, мирятся с получением недопила от 4 до 8% выгрузки; возьмем 6%. Таким образом, га каждый кё получаемого продукта будет выгружено: 0,94 кг обожженного известняка и 0,Об кг гекшяла.
Примем последний за известняку не изменивший своего состава.
В 100 весовых частях известняка заключается:
СаО..................... 011 '0.5'" = 51,016 весовых частей
2,1-40 и MgO.............................. псовая часть
всего нелетучих веществ:
51,016% 1 4 1,2^0,84-3 — 57.016 весовых частей;
следовательно расход известняка на получение извести
1
кг обожженной
0,94- юо
16
— 1,6487 кё,
а .всего с недопалом:
1,6487 4-0 06 = 1,7087 кг. * I 1 г
В сутки необходимо пропустить:
40-1,7087 =68,35 т известняка.
По этой величине определяются размеры печи.
В 100 весовых частях известняка заключается С03, связанной с СаО:
91,1 — 51,016 40,084,
ввязанной с MgO:
2.1-44
84
На 1 кг выгруженного материала приходится
1) СО3, которая была связана с СаО:
1,6487 0,40084 = 0,6008 кг или 0,01502 кг/мол
2) то же с MgO:
1,6487-0,011=0,01814 кг или 0,00041 кг/мол;
3) выделенной воды:
1*6487-0.018
1,6487-0,018 кг или-----———— = 0*0016о кз/мол.
При обжиге известняка в крупных шахтных печах, ввиду хороших условий смешения газа и воздуха, можно допустить, как показали примеры работающих печей, расход воздуха для горения в 25% сверх теоретического и даже ниже.
По произведенному ранее расчету, 1 при теоретическом количестве воздуха продукты горения на 1 кг угля имеют состав:
СОЭ... .... 0/6125 кг/мол.
Б-0 -.......... 0,04827 „
S03............ 0/))041
Ns............. 0,27 64 „
0/8361
причем на сгорание газа потребовалось вторичного воздуха 0,22277 кг-мол. в том числе:
Os — 0,01678 кг/мол. И N2 — 0,17$99 кг/мол., следовательно, вместе с добавочным в 25% против теоретического расходом воздуха, получим на i № угля продуктов горения:
СОа . ........0,06125 кг/мол. Na............ 0/1768 кг/мол,
Н,0............0,04827 , Оэ............ 0 01170 ,
80а........... 0/0041
а при расходе угля в 15% от веса выгрузки, т. е, на 0,15 кг угля {1 кг выгрузки):
СО,.............0,00919 кг/мол* N3 ........... 0/4765 кг/мол,
На0.............О? 0724 . 03 ........... 0.00170
SOa............. 0,00000
Добавляя сюда найденные выше количества СОг и НД выделенные из известняка при обжиге, имеем общее количество газов (кг/мол, и кг) на 1. кг выгрузки:
С03.........................0/2462 кг/мол 1/9328 кг
Н30 ...................... 0,0.889 . |,1ШЮ2 ,
SO,...................... 0,0/1006 „ 0,< 0 ^84 „
N3.......................0.04765 * , 3/U2O .
О,...................... 0.00176 , 0.056:12 .
Итого кг/мол. 2,63766 кв
1 См. расчет генераторного гава лэ каменного угля. 4ЛЯ
Продукты горения из печи имеют следующий состав по объему:
со,..............зо% n2......... - - . 57%
н2о...............и% оа..............2%
При меныпем расходе (чем 25%) воздуха против теоретического содержание СО, можно довести до 32% и выше.
В следую/цел далее материальном балл нее использованы числа, показывающие раскод О2 и N2 воздуха в кг, зат; аченные при газификации каменного угля; числа эти отнесены лишь к 0,15 кв каменного угля:
для N3: (0,00705+1,25-0,17599)-0.15-28= 1,33157 кг,
ДЛЯ 0а: (0,0258 + 1,25 - 0,04678) - 0,15 - 32 = 0,40452 кг.
Материальный баланс на 1 (Известь с Задано:
«г выгруженного материала, недопалом.)
Известняка .... 1,70870 кв
Каменного угля . .0,15000 „ Оэ на сжигание его 0,40452 „
N3 с ним...........1.33157 ,
Н30 в генераторе . 0,04033 „* 1
Итого . . . 3,64412 »
Получено:
Обожжрнной извести 1,00000 ке (с недопалом)
Золы с Оа в ней , . . 0/0646 й
Дыма...............2,63766 .
Итого . . . 3,04415 в
Тепловой баланс. V
Приход тепла.
Теплотворная способность каменного угля — 7176,22 кал.; при сгорании 0,15 кг его развивается тепла:
7176,22 - 0,15 — 1076,43 кал.
Расход тепла.
1) Диссоциация СаСОэ и MgCO,:
CaGOs — CaO + СО2......
MgCO, — MgO + СО2......
43 920 кал.
30 000 . ’
0,01502-43 920 + 0,00041 • 30 000 = 659,69 + 12.3 = 671,99 кал.
2) Нагретая до 100° С выгруженная известь (расходуется горячая в мартеновской печи) уносит тепла (теплоемкость СаО—0,172, и СаС03 — недопала — 0,2):
0,88*0,172-100 + 0,12-0,2-100 = 16.17 + 1,2= 17.37 кал.
3) На испарение воды известняка:
0.00165-10705 17,66 кал,
1 См. расчет генераторного газа: 0,15 0.32196 — 0,04933. г
То жо; (0,04 + 0,00326)-0.15 — 0.00640,
1 По данным проф. М. А. Павлова, 26 900 кал, отнесены к MgCOs. осаждённому н водном растворе; для шпата MgCO, беру по аналогии с СаСО| — ЭОООО км-
4) На нагрев продуктов горения до 150е С:
СО2............ 0,02462-150-9,3’8 = 34,41 кал.
1Ь0 ............. 0,00889-150-8,120 = 16,38 „
SOa............ 0,00006-150-9,318 — 0,13 ,
N2...........0,04765-150-6.753 = 48,27 и
Ог............ 0,00176-150-6,953 = 1,84 *
Итого. . , . 97,98 кал.
Всего расход — 805,00 кал.
На лучеиспускание и конвекцию остается по разности 5) 1070,48 = 805,00 = 271.43 кал. ’
Полезными статьями расхода тепла будут первые три, т. е.: 671,99 -Н 17=37 4-17.66 = 707,02 кал.
К. п. д. установки:
707,02
1076,13
100 = Г>5Х7%.
Сводка теплового баланса установки.
Приход тепла.
При сгорании 0,15 № каменного угля , . . 1076,43 кал.—100%
Расход тепла.
1) На диссоциацию ОаСО3 и MgCOa................... 671,99 кал. 62,41)/о
2) Уаоситсл с г .^вестью . <....................... 17,37 „ 1,6,
3) На иегтяле и по воды............................ 17,Гб ! * 1,\
4) Уносите продуктами гор^нпи дымом).......... 9’7,98 „ 9.1 „
5) На лучеиспускание и конвекцию................. 271.43 * 2j,2 w
Итого.............1076,43 кал. 100%,