РАСЧЁТ ГАЗИФИКАЦИИ. Расчёт газификации Вождаев Д.В.. "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина"

• Название: "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина"
• Анкор: РАСЧЁТ ГАЗИФИКАЦИИ
• Дата: 06.04.2022
• Размер: 484.87 Kb.
• Имя файла: Расчёт газификации Вождаев Д.В..docx
• Тип: Документы; #447738
• страница: 6 из 7

2.3. Материальный баланс пиролиза

Процесс пиролиза проходит без доступа паровоздушной смеси, поэтому продуктами пиролиза являются: пиролизные газы, балласт – зола, смола и коксовый остаток.

Таблица 6 – Материальный баланс пиролиза

Приход			Расход
Наименование статей	кг	%	Наименование статей	кг	%
Уголь в т. ч. золы	1000,0 149,3	100	Продукты пиролиза	328,0	32,80
			Зола	149,3	14,93
			Смола	48,5	4,85
			Коксовый остаток	469,7	46,97
Итого	1000,0	100	Итого	1000,0	100

2.4. Расчет процесса газификации

Некоторая часть углерода, поступившего в зону газификации, остается в шлаке.

Содержание углерода в шлаке принимается 10 % от веса шлака. В шлак, кроме углерода, переходят зола и 20 % серы топлива:

(7)

где С_ш – содержание углерода в шлаке, кг.

С_ш = (14,93 + 0,2 ‧ 0,73) ‧ 10/90 = 1,68 кг.

Выход шлака:

m_ш = (A^r + 0,2S) + С_ш (8)

m_ш = (14,93 + 0,2 ‧ 0,73) + 1,68 = 16,756 кг

Принимается, что на 100 кг топлива вводится 20 кг пара (ν_п = 1,11 моль).

Уравнения для расчета состава газа по основному генераторному процессу:

1. 
   СО + СО₂ = 3,658;
   
2. 
   Н₂ + Н₂О = 1,11;
   
3. 
   
   
4. 
   2 СО₂ + СО = ;
   
5. 
   Пятое уравнение составляется на основе уравнения теплового баланса всего генераторного процесс, при условии, что температура газа при выходе из генератора в 250 °С.
   

Приход тепла

Теплота сгорания топлива:

Q = 4,19 ‧ (81‧C + 300‧H - 26‧O + 26‧S) = 23285,21 кДж/кг.

На 100 кг топлива:

Q₁= 23285,21 ‧ 100 = 2328521 кДж.

Физическое тепло с углем:

Q₂ = c_y ‧ t‧ m, (9)

где c_y – теплоемкость угля, c_y = 0,2;

t – температура угля, t = 15 °С.

Q₂ = 4,19 ‧ (0,2 ‧ 15 ‧ 100) = 1257 кДж.

Теплосодержание пара паровоздушного дутья:

Q₃ = W^r ‧ c_п, (10)

где с_п – теплосодержание насыщенного пара, c_п = 622 ккал/к

Q₃ = 4,19 ‧ (12,2 ‧ 622) = 31795 кДж.

Теплосодержание подаваемого в генератор воздуха:

Q₄ = c_в‧ t‧ ν, (11)

где с_в – теплоемкость воздуха, с_в = 0,312 ккал/м³;

ν–расход воздуха на дутье, ν = 133 м³.

Q₄ = 4,19 ‧ (0,312 ‧ 15 ‧ 133) = 2608 кДж.

Общий приход тепла в генератор на 100 кг топлива:

Q_пр = 2328521 + 1257 + 52123 + 2608 = 2384509 кДж.

Расход тепла

Теплота сгорания газов:

Q_i = q_i‧ ν_i, (12)

где q_i– теплота сгорания i-го газа;

ν_i – количество вещества i -го газа, кг/моль.

Q_CH4 = 4,19‧ (213000 ‧ 0,287) = 256139 кДж.

Q_C2H4 = 4,19‧ (341500 ‧ 0,038) = 54373 кДж.

Q_H2 = 4,19‧ (68350 ‧ 0,739) = 211639 кДж.

Q_CO = 4,19‧ (67700 ‧ 0,136) = 38578 кДж.

Q_H2S = 4,19‧ (123920 ‧ 0,018) = 9346 кДж.

Q₁^’ = 570075 кДж.

Теплота сгорания смолы:

Q = 4,19‧ (81C + 300H – 26O). (13)

Q = 4,19‧ (81‧ 78,8 + 300 ‧ 7,8 – 26 ‧ 12,1) = 35230 кДж/кг.

Q₂ = 4,19 ‧ (4,853 ‧ 8408,2) = 170973 кДж.

Теплосодержание смолы:

Q₃ = (Q₀ + c_cм ‧ t) ‧ m_cм, (14)

где c_cм – теплосодержание смолы,c_cм = 0,5 ккал/кг;

Q₀ – скрытая теплота испарения, Q₀ = 80 ккал/кг.

Q₃ = 4,19‧ (80 + 0,5‧ 250)‧ 4,853 = 4168 кДж.

Теплота сгорания углерода шлака:

Q₄ = C_ш Q_c, (15)

где C_ш – содержание углерода в шлаке, кг;

Q_c – теплота сгорания углерода, кДж.

Q₄ = 4,19 ‧ (1,68 ‧ 7800) = 54905 кДж.

Физическое тепло шлака:

Q₅^’ = tc_ш m_ш, (16)

где t– температура шлака, t = 300 °;

c_ш – теплосодержание шлака, c_ш = 0,2 ккал/кг;

m_ш – масса шлака.

Q₅^’ = 4,19 ‧ (0,2 ‧ 300 ‧ 162) = 4223 кДж.

Расход тепла на потери в окружающую среду и получение пара в рубашке принимается равным 5 % от теплотворной способности топлива:

Q₆^’ = 0,05Q₁ (17)

Q₆^’= 4,19 ‧ (0,05 ‧ 555732) = 116426 кДж.

Теплосодержание продуктов пиролиза:

Q₇^’= 22,4 ‧ c_i‧ ν_i‧ t, (18)

где c_i – теплоемкость i –го газа;

t – температура газов.

Q^’_CO2 = 4,19 ‧ (0,063 ‧ 22,4 ‧ 250 ‧ 0,426) = 630 кДж.

Q^’_CH4 = 4,19 ‧ (0,287 ‧ 22,4 ‧ 250 ‧ 0,414) = 2787 кДж.

Q^’_C2H4= 4,19 ‧ (0,038 ‧ 22,4 ‧ 250 ‧ 0,518) = 462 кДж.

Q^’_CО = 4,19 ‧ (0,136 ‧ 22,4 ‧ 250 ‧ 0,313) = 999 кДж.

Q^’_H2= 4,19 ‧ (0,739 ‧ 22,4 ‧ 250 ‧ 0,31) = 5375 кДж.

Q^’_H2S= 4,19 ‧ (0,018 ‧ 22,4 ‧ 250 ‧ 0,393) = 166 кДж.

Q^’_H2О = 4,19 ‧ (595 + 0,48 ‧ 250) ‧ 17.6 = 52727 кДж.

Q^’_г = 63146 кДж.

Химическое тепло уноса пыли:

Q^’₈ = m_y Q^r_в. (19)

Q^’₈ = 4,19 ‧ (2 ‧ 4558,8) = 38203 кДж.

Физическое тепло уноса:

Q’₉= t_y‧ c_y‘ ‧ m_y, (20)

где t_y – температура пыли, t_y = 200 °С;

c_y’ – теплосодержание пыли, c_y’ = 0,23 ккал/(кг °С).

Q’₉= 4,19 ‧ (200 ‧ 2 ‧ 0,23) = 386 кДж.

Расход тепла:

Q_p’ = 386 + 38203 + 91778 + 96780 + 4072 + 52944 + 4123 + 169105 + 544379 = 1022505 кДж.

Разность между приходом и расходом тепла, составляющая теплоту сгорания и теплосодержание продуктов основного генераторного процесса, равна:

2384509– 1022505 =1362004 кДж.

Теплота сгорания продуктов основного генераторного процесса:

4,19 ‧ (67700 ‧ CO + 68350 ‧ H₂).

Теплосодержание при 250 °С:

CO₂ ‧ 4,19 ‧ 22,4 ‧ 250 ‧ 0,426 = 9996 ‧ CO₂.

(CO + N₂) ‧ 22,4 ‧ 4,19 ‧ 250 ‧ 0,313 = 7341 ‧ (CO + N₂).

H₂ ‧ 22,4 ‧ 4,19 ‧ 250 ‧ 0,31 = 7274 ‧ H₂.

H₂O ‧ 22,4 ‧ 4,19 ‧ 250 ‧ 0,362 = 8493 ‧ H₂O.

Скрытая теплота испарения H₂O – (10550 ‧ 4,19) H₂O.

На основании полученных данных составляется пятое уравнение:

4,19 ‧ (67700 ‧ CO + 68350 ‧ H₂) + 9996 ‧ CO₂ + 7341 ‧ CO + 7341 ‧ N₂ + 7274 ‧ H₂ + 8493 ‧ H₂O = 1362004 кДж.

Составляется система из пяти уравнений:

1. 
   СО + СО₂ = 3,658;
   
2. 
   Н₂ + Н₂О = 1,11;
   
3. 
   
   
4. 
   2 СО₂ + СО = ;
   
5. 
   4,19 ‧ (67700CO + 68350H₂) + 9996CO₂ + 7341CO + 7341N₂ + 7274H₂ + 8493H₂O = 1362004.
   

Корни данного уравнения:

1) H₂ = 1,011;

2) H₂O =0.099;

3) CO₂ = 0,138;

4) CO = 3,52;

5) N₂=5,235
Проверка правильности подстановкой полученных цифр:



Расчет состава газа из 100 кг длиннопламенного угля

Таблица 7 – Состав генераторного газа

Компо-ненты газа	Количество газа, кг/моль			Состав генера­торного газа, % об.
	газ пиролиза, × 102	газ из зоны газифика-ции, × 102	конечный генератор-ный газ, × 102	сухого	влажного
CO2	6,3	13,8	20,1	1,79	1,64
CO	13,6	352	365,6	32,61	29,75
CH4	28,7	-	28,7	2,56	2,34
C2H4	3.8	-	3,8	0,34	0,31
H2	73,9	101,1	175	15,61	14,24
H2S	1,8	-	1,8	0,16	0,15
N2	2,7	523,5	526,2	46,93	42,82
H2O	97,9	9,9	107,8	-	8,77
Итого	228,7	1000,3	1229	100	100

Выход влажного газа:

V^в.г. = 22,4V^г, (21)

где V^г – выход конечного генераторного газа, кг/моль.

V^в.г. = 12,29 ‧ 22,4 = 275,3 м³.

Выход сухого газа:

V^с.г. = (V^г – H₂O^г) ‧ 22,4, (22)

где H₂O^г – содержание влаги в газе, кг/моль.

V^с.г. = (12,29 – 1,078) ‧ 22,4 = 251,15 м³.

Расход воздуха:

(23)

где N^г – содержание азота в газе, %;

V^с.г. – выход сухого газа, м³/кг.



m_в = ρ ‧ V_в = 1,29 ‧ 148,36 = 191,38 кг. (24)

где ρ – плотность воздуха, ρ = 1,29 кг/м³.

Влажность газа:

(25)



Количество водяного пара:

G_в.п. = fV^с.г.. (26)

G_в.п. = 148,36 ‧ 0,131 = 19,44 кг.

Таблица 8 – Плотность газов и их массовая доля

Газ	Плотность, кг/м3	Массовая доля, %
CO	1,250	29,75
CH4	0,162	2,34
C2H4	0,735	0,31
H2	0,0899	14,24
H2S	1,538	0,15
CO2	1,977	1,64
N2	1,251	42,82
H2O	1,000	8,77

Плотность генераторного газа:



Масса генераторного газа: 263,46 кг.

Далее составляем материальный и тепловой баланс процесса, рассчитываемый на 1000 кг исходного сырья, сведенные в таблицу 9 и 10 соответственно.

Таблица 9 – Материальный баланс (на 1000 кг угля)

Приход			Расход
Наименование статьей	Масса, кг	Содержание, %	Наименование статей	Масса, кг	Содержание, %
1. Уголь, в т.ч. зола	1000 149,3	32,12	1. Генераторный газ	2634,6	84,61
2. Водяной пар	200	6,42	2. Водяной пар	194,4	6,24
3. Воздух	1913,8	61,46	3. Смола	48,53	1,56
			4. Шлак	167,56	5,38
			5. Унос	20,0	0,64
			6. Невязка	48,7	1,56
Итого	3113,8	100	Итого	3113,8	100

Таблица 10 – Тепловой баланс (на 1000 кг угля)

Приход			Расход
Наименование статей	Теплота, МДж	Содержа- ние, %		Наименование статей	Теплота, МДж	Содер жа- ние, %
1. Уголь в т.ч. зола	23285,21	98,54		Генераторный газ	18218,2	76,18
2. Водяной пар	604,20	1,35		2. Водяной пар	587,28	2,46
3. Воздух	26,08	0,11		3 .Смола	1709,73	7,15
				4. Шлак	591,28	2,47
				5. Унос	386,00	1,61
				6. Потери в окружающа ую среду	1164,26	4,87
				7. Невязка	-1258,74	5,26
Итого	23915,49	100		Итого	23915,49	100