Файл: Бельский, В. И. Промышленные печи и трубы учеб. пособие.pdf

торах. Процесс превращения твердого топлива в генераторный газ сводится к сухой перегонке, при которой выделяются лету­ чие, содержащиеся в топливе, и неполному горению. Газогене­ раторы представляют собой шахтную печь, в которую сверху загружается твердое топливо, а снизу подается воздух в коли­ честве, недостаточном для полного сгорания топлива. Кислород воздуха, поступающего через колосниковую решетку, встреча­ ет слой раскаленного кокса и вступает с углеродом в реакцию. В связи с недостаточным для полного сгорания количеством по­ даваемого воздуха продуктами реакции являются С 02 и СО. Проходя дальше через раскаленный кокс, С 02 частично восста­ навливается углеродом в СО по реакции С 02+ С = 2С0. Обычно в дутье добавляют пар, обогащающий генераторный газ водо­ родом и окисью углерода по реакции Н20 + С = Н2+ С 0 , а также предотвращающий спекание золы. При движении вверх горячие газы производят сухую перегонку топлива, выделяя из него лету­ чие и влагу. В Советском Союзе в связи с наличием природного газа генераторный газ в настоящее время практически не при­ меняется. Характеристики природного газа и ряда искусствен­ ных газообразных топлив приведены в табл. 15.

§ 6. РАСЧЕТЫ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА

Расход воздуха, состав и количество продуктов горения

Горение соответствует процессу окисления — соединению кислорода с горючими элементами топлива, происходящему с большой скоростью с выделением тепла и света. Для возникно­ вения горения необходимо, чтобы реагирующие вещества — го­ рючее и кислород — были доведены до температуры воспламе­ нения, т. е. до температуры, при которой может происходить реакция горения (табл. 16).

При расчете горения топлива определяют количество расхо­

64

по данным элементарного состава топлива на основе уравнений горения. При этом, по предложению французского ученого Дюлонга, считают, что весь кислород, находящийся в топливе, сое­ динен с водородом. Поэтому количество водорода, находящего­ ся в топливе, при определении потребного количества кислорода

уменьшают на величину— . Процесс горения твердого-или жид- 8

кого топлива можно представить в молекулярных соотношениях следующими уравнениями1*:

1 кмоль углекислоты; 1 кмоль водорода, соединяясь с 0,5 кмоля кислорода, дает 1 кмоль водяного пара; 1 кмоль серы, соединя­ ясь с 1 кмолем кислорода, дает 1кмоль сернистого ангидрида. Так как на горение 1 кмоля углерода расходуется 1 кмоль кислоро­ да, 1 кмоля водорода —0,5 кмоля кислорода и 1 кмоль серы — 1 кмоль кислорода, то на горение 1 кг углерода потребуется

— кмоля, 1 кг водорода —0,5 — = — кмоля и серы—•— кмоля

кислорода, где 12, 2 и 32 соответственно молекулярные массы углерода, водорода и серы. Следовательно, исходя из элементар­ ного состава топлива, количество кислорода, необходимое для сгорания топлива в теоретических условиях, можно получить из уравнения

в килограммах, соответствующее молекулярной массе вещества: т. е. кмоль углерода соответствует 12 кг, кмоль кислорода — 32 кг. Молекулярным объе­ мом называется объем, занимаемый 1 кмолем вещества. В газообразном состоянии молекулярный объем любого вещества при нормальных условиях (760 мм рт. ст. и 0° С) занимается 22,4 м3.

66

Количество воздуха будет

S0 = 0 2 -1- N2 = 0,04762 (0,5СО 2СН4 -f ЗС2Н4 4-

+1,5H2S -f 0,5Н3 -}- 2,5С2Н2 — 0 2) м3'м3.

Вприведенных расчетах определялось теоретическое количе­ ство воздуха, необходимого для полного сгорания 1 кг, или 1 м3 топлива, при условии полного отсутствия в продуктах горения кислорода. Практически для полного сгорания топлива требует­ ся подвод воздуха в количестве, превышающем теоретически не­ обходимое, так как трудно добиться идеального смешения возду­ ха с топливом. Отношение практически введенного воздуха к тео­ ретически необходимому носит название коэффициента избытка

воздуха и обозначается п:

Чем хуже смешение воздуха с топливом, тем больший коэф­ фициент избытка воздуха приходится принимать для полного его сжигания. Наиболее трудно добиться хорошего смешения при сжигании твердого топлива и легче при сжигании газообразного. Исходя из этого, коэффициент избытка воздуха при сжигании твердого топлива принимают п = 1,3-т-1,5, жидкого п — 1,1-М,15 и газообразного «=1,05-4-1,1.

Количество и состав продуктов горения топлива определяют аналогично расчету расхода воздуха, исходя из приведенных

родом С, Н и S продуктам горения следует добавить вла­ гу — Н20 = — 22,4 м3 и азот — N2= -^--22,4 м3, содержащиеся

в топливе и переходящие в продукты горения, а также азот воз­ духа, идущего на горение. Количество продуктов сгорания 1 кг жидкого или твердого топлива будет равно:

нии 100 м3 газообразного топлива количество С 02, Н20 и S 0 2 в продуктах сгорания составит:

С02 = С02 + С О + СН4 + 2С2Н4 + 2С2Н2 ж3; Н20 = Н2 + 2СН4 + +2С 2Н4+ C2H2+ H 2S ж3; S 0 2 = H2S ж3. Откуда количество про­ дуктов сгорания 1 ж3 газообразного топлива будет равно:

где С02, СО, СН4 С2Н4, С2Н2, Н2, H2S, N2 и W соответствуют

элементарному составу газа в объемных процентах, а —

+2CH4+3C 2H4+ y H 2S + ^ - + А С2Н2 — 0 2) 0,01 — количество

азота воздуха.

Выше определяли количество продуктов горения при теорети­ ческом количестве воздуха. При коэффициенте избытка воздуха больше 1 в продукты сгорания перейдет избыточный воздух Ln—Lo=L0 (п—1) и количество их будет равно:

В связи с тем что расчет горения топлива по элементарному со­ ставу трудоемок и зачастую при производстве теплотехнических расчетов отсутствует полный анализ его, для технических расче­ тов обычно пользуются формулами приближенного расчета горе­ ния, приведенными в табл. 17.

68