3.2.3 Газификация твёрдого топлива
Газификацией твёрдого топлива (ГТТ) называется процесс превращения органической части твёрдого топлива в горючие газы путём воздействия на него окислителя.
В качестве окислителей при ГТТ используются:
- воздух (воздушное дутьё);
- водяной пар (паровоё дутьё),
- кислород (кислородное дутьё),
- смеси (паровоздушное и парокислородное дутьё).
Природа протекающих при этом реакций, а, следовательно, и состав соответствующего генераторного газа зависит от типа окислителя:
- при кислородном дутье
C + O2 = CO2
2C + O2 = 2CO
- при паровом дутье
C + H2O = CO + H2
C + 2H2O = CO2 + 2H2
CO + H2O = CO2 + H2
при парокислородном дутье
2C + O2 = 2CO
C + H2O = CO + H2
- воздушное и паровоздушное дутьё описывается теми же реакциями, что и в случае кислородного и парокислородного дутья, но в продуктах газификации содержится азот.
Наряду с основными реакциями осуществляются следующие:
Таким образом, прямой продукт газификации (так называемый сырой газ) всегда содержит некоторые количествава СО2, Н2О, СН4 и, кроме того, иногда и высших углеводородов, а при использовании воздуха - еще и N2. Из-за наличия в угле гетероатомов, прежде всего S и N, образуются H2S и NO2.
Скорость реакций неполного окисления твердых топлив существенно зависит от температуры, которая при отсутствии катализатора должна быть выше 800-900 °С. При окислении твердого топлива чистым О2 в адиабатном режиме температура была бы слишком высокой, поэтому в качестве газифицирующего агента (дутья) обычно используют воздух, парокислородную или паровоздушную смесь. Изменяя состав дутья (в частности, соотношение водяного пара и О2) и его начальную температуру с учетом потерь тепла в самом газогенераторе, можно обеспечить желаемую температуру, которую, как и давление, устанавливают обычно исходя из технол. соображений (в зависимости от способа удаления шлаков и т.д.). С ростом давления в продуктах газификации увеличивается концентрация СН4.
В случае парокислородной газификации при низких давлениях после конденсации водяных паров получают сухой газ (его часто наз. синтез-газом), который состоит в основном из смеси СО и Н2 и имеет теплоту сгорания 11-12МДж/м3. При воздушной или паровоздушной Г. образовавшийся газ содержит много N2 и имеет теплоту сгорания ок. 4 МДж/м3. Он служит топливом в котлах электростанций, технологических топках, отопительных котельных установках; транспортировка его на большие расстояния нерентабельна.
Термодинамика процессов газификации хорошо изучена, что позволяет рассчитывать состав продуктов исходя из состава угля и условий процесса. Кинетические параметры газификации можно вычислить только приближенно с использованием эмпирических характеристик и коэффициентов. Такие расчеты показали, что состав получаемого газа зависит от геометрии газогенератора и режима процесса.
В промышленности используются газогенераторы трех основных типов, различающиеся характером взаимодействия твердого топлива с дутьем. Интенсивность процессов в газогенераторе оценивается уд. расходом газифицируемого топлива, или его расходом на единицу площади аппарата в единицу времени.
Реакции газификации:
- обратимы;
- протекают с увеличением объёма или при постоянном объёме,
- большинство из них являются эндотермическими.
При условиях работы газогенераторов:
- нормальное или невысокое давление;
- температура 900-1000ºС
- избыток окислителя
равновесие их смещено в сторону образования конечных продуктов.
Во всех случаях экономически и технологически целесообразно использовать для газификации низкосортное топливо – торф, бурые угли, сланцы, полукокс.
На рис. 12.2 представлен один из наиболее распространённых газогенераторов шахтного типа.
Газогенератор выполнен в виде цилиндра высотой 4,5 метра и диаметром 3,5 метра, облицованном огнеупорным кирпичом.
Нижняя часть шахты погружена во вращающуюся чашу, наполненную водой для создания гидравлического затвора.
1) В чаше укреплена колосниковая решётка, через которую подаётся дутьё.
2) Твёрдое топливо периодически поступает в реактор через загрузочную коробку при опущенном конусе затвора.
3) При поднятии конуса топливо попадает в шахту.
4) Образующаяся зола проходит через колосниковую решётку и гасится водой в чаше.
|
Рис. 12.2. Газогенератор с вращающейся решеткой 1 – водяная охлаждающая рубашка 2 – вращающаяся решетка 3 – чаша для золы |
