Промышленные печи и газовое хозяйство заводов - Щукин А.А.
Скачать (прямая ссылка):
Иногда неполное горение организуется специально: с целью реформации (самокарбюрации) природного газа для разложения углеводо-родов с выделением сажистого (дисперсного) углерода и последующего сжигания в светящемся факеле; с целью получения защитной атмосферы в печах для безокислительного нагрева металла с последующим дожиганием газов в особых камерах дожигания. В этих двух случая* имеют дело с двухступенчатым горением природного газа.
«1
\
Твердое топливо сжигается с коэффициентом расхода воздуха в<1 с целью газификации его в газогенераторах или полугазовых топках. Жидкое топливо — мазут иногда газифицируется перед сжиганием в газификаторах (предтопках циклонного или другого типа). Неполное горение природного газа и жидкого топлива осуществляется также в технологических установках для получения сажи и в других случаях.
Расчет неполного горения топлива с образованием окиси углерода СО. На практике неполное горение имеет место в шахтных печах, работающих на коксе. Примером может служить чугунолитейная вагранка, где имеет место неполное горение кокса. Доля углерода кокса в количестве ун сгорает в окись углерода СО, другая часть в количестве 1—ув в двуокись углерода СОг. Величину уя легко вычислить, зная содержание окиси углерода СО % и общее количество газов:
(4-29>
Расчетные формулы при неполном горении углерода при а<1 имеют следующий вид:
расход воздуха на сгорание 1 кг кокса
ов =J0,0889 [(1 — уа) Cp -j- 0,375S^] +
+;0,0445уяСй -f 0.265НР - 0,0330®, м\1кг. (4-30)
Количество сухих трехатомных газов
»ROi = 0,0187 [(1 ->я) Си —|— 0,375S^], м?{кг. (4-31)
Количество окиси углерода
уш —0>0187г/нС», мУкг. (4-32)
Количество азота
oNi = 0,79ов + 0,8 ^, м'!кг. (4-33)
Количество водяных паров
он>о»=0,ШНй+0,0124\У« + 0,0161ув, м'/кг. (4-34)
Коэффицишг расхода воздуха определится нз уравнения
СО=69,4(1-а). (4-35)
Пример 4-2. Произвести расчет горения кокса в вагранке при (/*=0,28 следующего свстава: Ср=81,5%,
Нр = 0,4 •/„ S$ = l •/., №>=1,2 •/„ Op = 0,9%, Wp=1 •/..
Расход воздуха по формуле (4-30) ав =0,0889(0,72 • 81,5+0,375 • 1) +0,0445 • 0,28 • 81,5+0,265 • 0,4—0,033 • 0,9=6,34 м3//сг.
Количество сухнх трехатомиых газов по формуле (4-31)
oROi = 0,0187(0,72-81,5 + 0,0375-1) = 1,1 м*/кг.
Количество окиси углерода по формуле (4-Э2)
»со=0,0187 • 0,28• 81,5=0,427 м*/кг.
Количество азота по формуле (4-33)
1 2
oNt =0,79-6,34 + 0,8- j^q=5,03 м3/кг.
Количество водяных паров по формуле (4-34)
°Н,О==0,11Ь0,4 + 0,0124*1 + 0,0161 -6,34 = 0,198 м’/кг.
Общее количество газов
»г=1,1+0,427+5,03+0,198=6,765 м3/кг.
М
Состав продуктов горения будет:
"RO, i, MOO <r „ _ 0,427-100 „ „
ROj<= щ -100— 6 755 15,6%; СО — 6 ?55 ^6,3%;.
N2 = 75,12 о/0; HjO = 2,92 %; 2=100%.
Расчет неполного горения всл-едстви.е , диссоци ции газов. При горении газов имеет место диссоциация молекул двуокиси углерода и водяного пара, сопровождающаяся отрицательным тепловым эффектом:
С02—>-СО + 0,502— 286 Мдж/кмолъ; (4-36)
Н20 пар—*-Н2 + 0,5 Ог — 243 Мдж/кмоль. (4-37)
Разложение водяного пара возможно и с образованием гидроокиси по реакции
Н2О^0,5Н2+ОН. ¦ (4-38)
Диссоциация молекул продуктов сгорания не сказывается до температур порядка 1 500 °С и можно считать, что реакции горения на этом; участке температур идут до конца. Однако при более высоких температурах в рабочем пространстве наблюдается диссоциация. Например, при парциальном давлении двуокиси углерода рсо =0,12 бар при температуре 1 500°С степень диссоциации С02 составляет 0,5%, но при 2 000°С она возрастает до 11,8%, а при 3 000°С достигнет 91,7%. Для водяного пара Н20 при = баР ПРИ 1 600°С степень диссоциа-
ции 0,6%; при 2 000°С — 4,3% и при 3000°С — 61,6%. Степень диссоциации увеличивается при уменьшении давления. В мартеновских печах факел имеет температуру около 1800—2 000°С, и поэтому следует считаться с потерями тепла от диссоциации газов. Важно уметь определить равновесный состав продуктов сгорания при заданной температуре, а по их составу — потери тепла от диссоциации.
Для определения состава газа следует написать уравнения констант химического равновесия и добавить к ним уравнения материальных балансов для элементов, входящих в состав газа. При температурах до 2 000°С можно ограничиться только учетом диссоциации двуокиси углерода и водяного пара по реакциям (4-36) и( 4-37). При более высоких температурах (выше 2 200°С) происходит более глубокая диссоциация и кроме реакций (4-36), (4-37)) и (4-38) имеет место разложение молекул водорода и кислорода на атомы:
На^2Н: ] (4-39'V
О, ^ 20. |
Азот при обычных температурах, имеющих место в печах, можно рассматривать как инертный газ, но при 2000°С начинается образование закиси азота — ядовитой составляющей продуктов горения:
0,5 N2 + 0,5 023FtN0. (4-40)
Поскольку эта реакция эндотермическая, содержание N0 с ростом температуры увеличивается. Состав газов в этом случае:
С02+Н20 + СО + Н2 + ОН + Н + 0 + 02+N2+lN0 = 100 %.
Значения коэффициента диссоциации 6 (т. е. отношения количества разложившегося газа к начальному его количеству) приведены в табл. 4-3.
