Промышленные печи и газовое хозяйство заводов - Щукин А.А.
Скачать (прямая ссылка):
CmHn-----jj-H. + mC* (4-45)
в частности, для метана
СН4—*2Н2+СТ. (4-46)
Степень разложения углеводородов ^ зависит от температуры: для метана СН* при 800°С 1)3 = 0,08, а при 1 300°С г|з = 0,97; для этилена С2Н4 можно считать, что при 900 °С процесс разложения является полным. Количество сажистого углерода при полном разложении метана составляет 268 г/м3, этилена С2Н4 553 г/м3 и т. д. Поскольку сгорание газа в печах чаще всего идет при относительно высоких температурах, мы ¦будем считать в расчете, что несгоревшие высокомолекулярные углеводороды СтН„ разлагаются полностью.
Присутствие в газе значительного количества взвешенного углерода Ст вызывает совместное протекание реакций
C02+C^2C0::Fl62,5 Мдж/кмоль; (4-47)
СО2 + Н2:<^СО -(- Н2ОТ43,7 Мдж/кмоль. (4-48)
Кинетика этих реакций определяется температурой, и поэтому при расчете задаются температурой топочной камеры с последующей ее проверкой. Обозначим через х— количество СОг, прореагировавшего с соответствующим количеством углерода до 2СО по реакции (4-47); через у — количество метана СН4, распавшегося на 2Н2 и С по реакции (4-46). Для определения неизвестных х и у напишем константы равновесия реакций (4-46) и (4-48):
^•iv__СН4___ усн.
ц2 „2 По
л2 иН, •
т/У со,-На _ vCOt
с С0-Н,0 »соан,о
(4-49)
Подставляя в последние два уравнения заранее вычисленные по известным формулам объемы газов и беря значения констант равновесия из таблицы (Jl. 1], определяем х и у и далее искомые количества компонентов неполного сгорания.
Количество их будет:
уг = о** + «со + °н,о + исн4 + Оц, + %. м’/м3. (4-50)
Состав газов в объемных процентах:
R02+CO + H20+CH4+H2-fN2=100%. (4-51)
Количество сажистого углерода в граммах на 1 м3 газообразного топлива находится на основании реакции (4-45); находим число киломолей углерода пгс на 1 м3 газообразного топлива и умножаем его на массу 1 киломоля, равную 12,01 кг.
Реформация газа без сажеобразования. Этот случай имеет место при использовании природного газа в печах для безокислительного нагрева металла. Он характеризуется хорошей подготовкой смеси газа и воздуха в специальных горелках (в том числе акустических) и высокой
89
температурой процесса (1200—1400°С). В этих условиях согласно per комендации В. Ф. Копытова принимаются допущения о том, что в продуктах сгорания отсутствует сажистый углерода, а также метан.
Расчет ведем для простоты на 100 ж3 газа.
Общее количество продуктов горения будет:
уг = Усо, + ^ео + Ун,о + ^и, + ^N,’ M*- (4-52)
Расход воздуха определяем по формуле (4-12), а количество азота VN по формуле (4-14).
Таким образом, остаются четыре неизвестных, которые обозначим’ (ж3):
УСО, ” ,Х> УСО = У» ^Н.о” УН, = и'
Для их определения составим три уравнения материальных балансов, в левой части которых — количество данного элемента в продуктах горения, а в правой части — в исходном газообразном топливе.
Баланс углерода
х-{- у — СОг + СН4+2С2Н6+ЗС3Н8, м3. (4-53)'
Баланс водорода
2z+2ы = 4СН4+бСаНв+8СзНв, м3.' (4-54)
Баланс кислорода
2х + г/+г=2С02+2-0,21УВ) м3\ (4-55>
здесь 0,21 Ув — расход кислорода воздуха. Кроме того, напишем еще-константу равновесия реакции:
rsv__ COg • Н, хи
с — С0Н80 =~уг‘
Решая уравнения и подставляя значения неизвестных в формулы,, находим количество и состав продуктов сгорания.
Пример 4-2. Определить состав продуктов неполного сгорания ставропольского-природного газа при коэффициенте расхода воздуха «=0,5. Состав сухого газа в объемных процентах:
С02=0,1%; СН*=98%; С2Нв=0,4%; СзН8=0,2% и N2= 1,3%.
Теплота сгорания газа = 35 600 кдж/м*. Температуру камеры сгорания принять 1 300 ®С.
Расход воздуха на 100 м3 газа по формуле (4-12)
ув = 4,76 • 0,5(2 • 98+3,5 • 0,4+5 • 0,2) =472,2 л3.
Количество азота N2 в защитном газе
N2=0,79 -472,2+1,3=37348 м\
В 100 jk* ставропольского газа содержится:
С02 —0,1 *3; СН4 —98 л3; С2Н» —0,4 jks; C3HS —0,2 м* и N2—1,3 мК В результате неполного сгорания получим:
СО* — х, м.3\ СО — у, м3; Н20 — г, л3; На — и,, л3; N2 — 373,18 м3.
Составим четыре уравнения с четырьмя неизвестными.
По материальному балансу углерода
x+i/=0,l +98+2 • 0,4+3 • 0,2=99,5;
по балансу водорода
2z+2«=4 - 98+ 6,-0,4+8 - 0,2=396; ^ ж
90
no балансу кислорода
2x+y+z=2'0,l +2 • 0,21 • 472,2=198,8;
константа равновесия водяного газа
V _ СОа-Н, __ хи ЛС = C0-H,0 yz "
Значение константы равновесия при 1 300 вС: к? = 0,327 (по табл. [Л. 1]).
Из написанных уравнений находим:
Х= 17,3; (/=в2,2; 2=81,4 и и= 116,6.
Количество продуктов неполного горения при а=0,5, отнесенное к 1 м3 газа, следовательно, будет:
t>COi = 0,173; осо = 0,822; УНа0 = 0,814; = 1,166 и oNj =3,72 м'/м*.
Общий выход газов уг=6,69 м3/м3.
Состав газов:
С02=2,6%|; С0='12,3%; Н20=12,1%; Н2=17,6% и N2=55,4%.
Расчет газификации мелкозернистого твердого и жидкого топлива в полугазовых топках с кипящим слоем и в циклонных топках (предтопках). Мелкозернистое твердое топливо газифицируется в полу-тазовых топках с кипящим слоем весьма интенсивно. Высокой интенсивностью процесса характеризуются и циклонные полугазовые топки (называемые также предтопкамн). При расчете в обоих случаях приходится принимать упрощающие допущения: считать, что в топке имеется лишь одна зона — зона газификации, в силу чего отсутствуют продукты сухой перегонки (смола, тяжелые углеводороды, сероводород) и сажистый углевод, а при высоких температурах (1 100 °С и более) отсутствует и метан, образующийся лри более низких температурах по реакции С+2Нг—>-СН4.
