- •Министерство образования и науки украины
- •Расчет процесса газификации твердого топлива
- •2.2 Расчет состава генераторного газа
- •2.3 Расчет выхода газа на единицу перерабатываемого топлива
- •2.4 Расчет количества газифицируемого углеродана 100 кг рабочего топлива
- •2.5 Химический кпд газификации
- •3. Расчет необходимого количества газогенераторов
- •Литература
2.2 Расчет состава генераторного газа
По химическому составу каменный уголь представляет смесь высокомолекулярных соединений с высокой массовой долей углерода, а также воды и летучих веществ. В состав углей входят минеральные примеси, которые при сжигании угля образуют золу.
Когда уголь разлагают на составные части, нагревая его без доступа воздуха, то образуются смолы. При расщеплении сложных молекул одновременно к «осколкам» распавшихся молекул присоединяются атомы водорода. Часть молекул, теряющих водород, превращается в тяжелые масла — смолы. Другая часть, которая насыщается этим водородом, образует молекулы бензина и других легких фракций.
При газификации на парокислородном дутье под давлением имеют место следующие реакции, определяющие теоретический расчетный состав выходящего газа [1]:
С + СО2 2СО –Q1; (1)
СО + H2O СО2 + H2 + Q2; (2)
С + 2H2 СH4 + Q3. (3)
Предполагается, что горючая часть топлива, при газификации, состоит только из С.
На основании результатов практических исследований [1, 2] принимаем, что в состав генераторного газа входят следующие компоненты: СО, СО2, H2, СH4, H2O.
Для определения процентного содержания этих компонентов в газе составляем 5 уравнений:
(4)
Уравнение (4) составлено на основании того, что сумма парциальных давлений компонентов равна общему давлению, под которым находится образовавшийся газ.
Константы равновесия для этих реакций рассчитываются по следующим уравнениям:
; (5)
(6)
(7)
(8)
Уравнение (8) составлено, исходя из того, что отношения содержания водорода к кислороду в полученном газе и в исходной газифицируемой смеси, должны быть равны между собой [2].
Введем следующие обозначения:
=x;
С учетом введенных обозначений уравнения (5-8) примут следующий вид:
x +y + z + t + u = Робщ.
После преобразований этих уравнений получим следующие два алгебраических уравнения второй степени с двумя неизвестными:
(9)
(10)
Для определения величины D будем исходить из отношения водорода к кислороду в газифицируемой смеси. Принимаем, что водяной пар и кислород подаются под давлением Робщ., и отношение их давлений составляет, согласно [1], 85:15, тогда:
Так как или,
то , а
Тогда = 0.739130.
В нашем случае величины ,иопределяем по таблице 1[5]:
B= 39
A= 0.792000;
C= 1.993758E-2.
Подставляя значения А, В, С, Dв уравнения (9, 10), получаем эти уравнения в окончательном для решения виде:
1) x+ 3.2375E-2 ×xz+ z+ 2.564E-2 ×z2+ 1.99E-2 ×x2– 1.9 = 0
2) x+ 8.449883E-3 ×xz- 0.739 ×z- 3.7897E-2 ×z2+ 1.99E-2 ×x2= 0
В результате решения этих уравнений численным методом (Ньютона) с применением программы для ПЭВМ [5], получаем следующие значения неизвестных:
x= 0.7914285.
y= 0.015
z= 1.041601.
u= 0.04.
t= 0.019.
По этим значениям рассчитываем величины парциальных давлений газов , сумма которыхдолжна быть равна величине Робщ,заданной в условии. При этом заданная величина и полученная в результате расчетов сумма парциальных давлений различаются на величину (погрешность), обусловленную конечной разрядностью проведенных вычислений. При относительной величине погрешности определения Робщ.не более 1%, этим различием можно пренебречь
= 0.7914285+1.041601+0.015+0.04+0.019 = 1.91703 МПа.
Проверяем относительную погрешность расчета , %:
100.9%.
Полученная величина удовлетворяет требованиям к точности вычислений.
Парциальное давление каждого компонента газовой смеси пропорционально доле этого газа в смеси. Поэтому по рассчитанным парциальным давлениям определяем содержание соответствующих газовых компонент:
СО2=;
H2=;
СО = ;
СH4 =;
H2O=.
Полученный состав соответствует газу на выходе генератора, в котором содержится значительное количество водяных паров. Так как генераторный газ подвергается осушению перед тем, как подается в газовую ступень ПГУ, производим расчет состава сухого газа, в котором содержание H2O= 0 %:
СО2=;
H2=;
СО = ;
СH4 =;
Расчетный состав газа, полученного при газификации твердого топлива на парокислородном дутье под давлением, приводится в таблице 2.
Таблица 2. Расчетный состав газа, полученного при газификации твердого топлива на парокислородном дутье под давлением.
Компонент газа |
Парциальное давление, МПа |
Состав газа | |
влажный |
сухой | ||
СО2 |
2.115 |
2.115 | |
H2 |
41.6541315 |
41.8541315 | |
СО |
54.821105 |
54.921105 | |
СH4 |
1 |
1.11 | |
H2O |
0.78947 |
0,% | |
Всего |
Робщ |
100% |
100% |