Ижевская газогенераторная станция
Данные материальных балансов (расчет их не приводится) показали, что при газификации сырой щепы влажностью 42 — 43% на паровоздушном дутье при температуре 9 — 55° в газ и жидкие органические продукты практически переходило одинаковое количество углерода древесины. Так, во всех опытах углерода перешло в газ в среднем 40,5% от веса древесины, или 82% от всего углерода, поступившего в шахту газогенератора со щепой.
Такая же картина наблюдалась и с другими составляющими древесины. Так, водорода перешло в жидкие органические продукты в среднем 0,95% от веса абс. сух. древесины, что составляет 15,2% от всего водорода, содержащегося в абс. сух. древесине; кислорода перешло в жидкие органические продукты соответственно 3,42 и 7,8%. Общий суммарный выход органических продуктов пиролиза древесины не зависел от влагосодержания дутья и составлял в среднем 13,3% от веса абс. сух. щепы.
Удельный расход воздуха с увеличением влажности дутья уменьшался от 137,6 до 131,8 кг в пересчете на 100 кг абс. сух. древесины, одновременно расход водяного пара в последнем опыте достигает 17,4 кг. При сравнении данных для опыта с температурой дутья 20 — 55° установлено, что расход воздушного дутья уменьшался на 4,23%, а расход водяного пара увеличивался почти на 40%.
Объясняется это тем, что не весь водяной пар дутья реагировал с углеродом кокса. Основная масса водяного пара взаимодействовала с окисью углерода по реакции водяного газа СО +Н2О↔СО2+Н2. Поэтому уменьшение расхода воздушного дутья не соответствовало резко возраставшему расходу пара. В пересчете на абс. сух. щепу количество реакционной воды и неразложившейся воды дутья по мере увеличения температуры паровоздушной смеси повышалось от 18,6 до 24,3%. Эти данные указывали на то, что не вся влага дутья разлагается в зоне собственно газификации.
Выход газа (по весу) в пересчете на абс. сух. древесину увеличивался в последнем опыте на 3% по сравнению с контрольным. Между тем, расход пара в последнем опыте на 100 кг абс, сух. щепы составлял 17,4 кг. Отсюда следует, что применять дорогостоящий пар для охлаждения раскаленной зоны газогенераторов при газификации щепы вряд ли будет экономически выгодно. По опыту газогенераторных установок, работающих на других топливах, надо использовать отработавший пар или производить увлажнение дутья теплой циркуляционной водой, нагреваемой за счет физического тепла генераторного газа, пароводяной рубашки или других устройств.
На рис. 54 приведен состав газа, получающегося в раскаленной зоне на уровне дутьевых фурм периферийного дутья.
Рисунок 54
В среднем выход швельгаза в пересчете на абс. сух. древесину оказался равным 0,493 нм³/кг, состав его был следующий (в объемных %): СО2 — 18,3; СО — 30,2; СН4 — 10,8; СnНm — 1,9; Н2 — 38,8.
Из рис. 55 видно, что выход газа, образующегося в газогенераторе на уровне фурм периферийного дутья, с увеличением влагосодержания дутья постепенно растет. Этим и объясняется общее увеличение выхода газа при повышении температуры паровоздушного дутья.
Рисунок 55
Теплота сгорания газа, выходящего из горловины газогенератора, практически постоянна. То же самое можно сказать о газе, получаемом в зоне на уровне фурм периферийного дутья. Повышение к. п. д. газогенератора по газу при увеличении влагосодержания дутья происходит, видимо, за счет газа, образующегося в раскаленной зоне газогенератора.
При газификации щепы на сухом и паровоздушном дутье в газ и жидкие продукты переходило 81 — 82% потенциального тепла древесины.
Для увлажнения дутья использовался водяной пар от котельной завода, поэтому в приходные статьи теплового баланса вошло полное теплосодержание дутья. Если бы увлажнение дутья производилось за счет использования отработавшего тепла (например, физического тепла сырого газа), то к. п. д. газогенератора по газу и жидким продуктам несколько возрастал бы и процесс газификации при паровоздушном дутье оказался бы более выгодным.
Из данных табл. 123 видно, что с повышением влагосодержания дутья степень разложения водяных паров падала до 70%. Однако абсолютное количество прореагировавшего водяного пара с увеличением температуры паровоздушного дутья повышалось и достигало 121 г/кг в пересчете на абс. сух. древесину.
Таблица 123
| Показатели | Температура дутья, °C | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 20 | 35 | 45 | 50 | 55 | |
| Количество воды в дктье, г/кг | 22 | 64,0 | 109,5 | 144,2 | 174 |
| Вода, перешедшая в газ без разложения, г/кг | 2 | 12,5 | 29,1 | 39,9 | 53 |
| Количество разложившейся воды, г/кг | 20 | 51,5 | 80,4 | 104,3 | 121 |
| Степень разложения воды, % | 91 | 80,0 | 73,0 | 72,0 | 70 |
Количество реакционной воды, образовавшейся при газификации сырой щепы, во всех опытах оказалось практически одинаковым и в среднем равнялось 18,7%, считая от веса абс. сух. древесины.
На рис. 56 приведен состав газа в раскаленной зоне газогенератора, а также константа равновесия:
Рисунок 56
Значение константы равновесия в зависимости от температуры выражается уравнением:
В табл. 124 приведены значения константы интегрирования С, вычисленные для каждого опыта. В среднем опытная константа интегрирования С оказалась равной 2,97. Поэтому приведенное уравнение можно записать так:
Таблица 124
| Показатели | Температура дутья, °C | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 20 | 35 | 45 | 50 | 55 | |
| Температура в газогенераторе, °C | 1458 | 1398 | 1333 | 1283 | 1213 |
| lgKp = CO × H2O/CO2 × H2 | 0,415 | 0,332 | 0,285 | 0,176 | 0,133 |
| C | 3,01 | 2,96 | 2,98 | 2,92 | 2,95 |
Значения константы равновесия водяного газа, установленные экспериментальным путем, весьма близки к значениям, полученным различными исследователями, изучавшими эту реакцию.
На основании изложенного можно считать, что при паровоздушном дутье с интенсивностью газификации щепы (в пересчете на абс. сух. древесину) до 700 кг/м²ч в раскаленной зоне газогенератора между водород- и углеродсодержащими соединениями наступает равновесие, близкое к теоретически возможному, а достигнутая при этом удельная производительность газогенератора не является предельной.
При газификации сухой щепы (W = 20÷30%) температуру паровоздушной смеси (влагосодержание дутья), очевидно, надо повышать, что должно быть установлено опытным путем.
