7.2.1 Определение состава получаемого газа
Исходные данные по составу кокса приведены в таблице 7.1.
Таблица 7.1 – Элементарный состав кокса
|
Состав кокса |
вес. % |
моль/100 кг |
м3/363000000 кг |
|
С |
90,5 |
7,5417 |
613228000 |
|
Н |
5,3 |
2,6500 |
215476800 |
|
S |
2,8 |
0,0875 |
7114800 |
|
N |
0,5 |
0,0179 |
1452000 |
|
О |
0,9 |
0,0281 |
2286900 |
|
Всего |
100,0 |
10,3251 |
839558500 |
Низшая теплота сгорания кокса определяется по формуле Д. И. Менделеева
Qн = 81 · С + 246 · Н – 26 · (О - S) – 6 · W, (7.1)
где С, Н, О, S, W – содержание в топливе соответствующих элементов и влаги, %.
Qн = 81 ∙ 90,5 + 246 ∙ 5,3 – 26 ∙ (0,9 – 2,8) – 6 · 0 = 8683,7 ккал/кг;
Qн = 8683,7 · 4,187 = 36358,7 кДж/кг.
Для составления системы уравнений принимаются следующие обозначения:
а, b, h - соответственно количество СО2, СО и Н2 в получаемом газе, тыс. м3;
w – количество прореагировавшего водяного пара, тыс. м3;
V – объем получаемого сухого газа, тыс. м3;
x – расход технического кислорода, тыс. м3.
Тогда получаемый сухой газ будет иметь состав, приведенный в таблице 7.2.
Составляется система из шести уравнений, включающая шесть принятых неизвестных: a, b, h, w, V, x.
Таблица 7.2 – Состав получаемого сухого газа
|
Компонент газа |
Количество, тыс. м3 |
|
СО2 |
а |
|
СО |
b |
|
Н2 |
h |
|
СН4 |
0,002V |
|
N2 |
0,02x + 1452,0 |
|
Н2S |
7114,8·1=7114,8 |
Уравнение баланса углерода.
Количество золы, выделяющейся при газификации 363000 т кокса, равно
0,02·363000 = 7260 т;
тыс.
м3.
Тогда уравнение баланса углерода будет
613228,0 = a + b + 0,002V + 13552,0; (7.2)
599676,0 = a + b + 0,002V. (7.3)
2) Уравнение баланса водорода.
Расход водяного пара при газификации 363000 т кокса равен
1,0 · 363000 = 363000 т;
w1
=
тыс. м3.
Получается следующее уравнение баланса водорода:
215476,8 + 451733,4 = h + 2·0,002V + (451733,4– w) +7114,8; (7.4)
208362,0 = h + 0,004V – w. (7.5)
3) Уравнение баланса кислорода:
0,98х + 0,5·451733,4 + 2286,9 = а + 0,5b + 0,5·(451733,4 – w); (7.6)
2286,9 = а + 0,5b – 0,5w – 0,98х. (7.7)
4) Уравнение суммы компонентов сухого газа:
V = a + b + h + 0,002V + 0,02 x + 9545,827. (7.8)
5) Уравнение равновесия реакции водяного газа:
СО + Н2О = СО2 + Н2; (7.9)
;
(7.10)
(7.11)
=
1,47. (7.12)
7.2.1.1 Тепловой баланс процесса
Для вывода уравнения теплового баланса составляется тепловой баланс процесса газификации, который приведен в таблице 7.3.
Таблица 7.3 – Тепловой баланс процесса
|
Приход тепла |
Количество, кДж |
|
Теплота сгорания кокса |
34850,9·363·106 = 1,32 ·1013 |
|
С коксом, нагретым до 600˚С |
2,09·363·106 ·600 = 4,56 ·1011 |
|
С сухим дутьем, нагретым до 250˚С |
1,34х·250 = 335х |
|
С водяным паром при 500˚С |
1,58·361386666·500 = 2,86·1011 |
|
Всего: |
1,40·1013+335x |
|
Расход тепла |
Количество, кДж |
|
Потенциальное тепло компонентов сухого газа и золы: |
|
|
СО |
12728,48b |
|
Н2 |
10760,59h |
|
СН4 |
35882,59∙0,002V = 71,77V |
|
Н2S |
23824,03∙7114800 = 1,69·1011 |
|
зола |
33914,7∙7260000 = 1,51·1012 |
|
С сухим газом при 950˚С |
(2,34a+1,46b+1,36h+2,93∙0,002V+ +1,44·(0,02x+1452000)+1,97∙7114800)·950= =2223,5a+1567,2b+1292,7h+5,57V+27+17145·106 |
|
C золой при 950˚С |
1,675∙7260000 ·950 = 11552·106 |
|
С неразложенным водяным паром при 950˚С |
1,8·(451733333-w)∙950=772463·106-1722,3w |
|
Потери тепла в окружающую среду (2 % от прихода тепла) |
0,02·(1,4·1013+335х)=2,8 ·1011++6,7х |
|
Всего: |
2223,5а+14295,68b+12053,33h+77,34V+ 301x- -1722,3w + 1,4·1013 |
|
|
Приравнивая приход и расход тепла после преобразований, получается следующее уравнение теплового баланса:
7313727·106 +301х=2223,5а+14295,68b+12053,33h+77,34V-1722,3w. (7.13)
В полученной системе из шести уравнений производятся преобразования. Получаются следующие уравнения:
a = 1,006V + 1,94x - 824800765; (7.14)
b = 1187783634 - 1,008V - 1,94x; (7.15)
h = V - 0,02x - 372528696; (7.16)
w = 1,004V - 0,02x - 464315496; (7.17)
;
(7.18)
7313727·106 +301х =2223,5а+14295,68b+12053,33h+77,34V-1722,3w. (7.19)
После преобразований системы уравнений относительно х подстановкой выражений для a, b, h и w в уравнение (7.19) получается:
х = 173·106 - 0,074V. (7.20)
Полученное выражение для х подставляется в уравнения (7.13) – (7.15). Затем, подставив эти выражения в уравнение (7.18), получаем квадратное уравнение, после его решения V = 626901,85 тыс. м3.
Расход дутья определяется по формуле (7.20)
х = 173·106 - 0,074 · 626901850 = 126609,263 тыс. м3.
Подставив вычисленные значения V и х в уравнения (7.14) – (7.17), получаем
а = 1,006 · 626901,85 + 1,94 · 126609,263 – 824800,765 = 112695,9 тыс. м3;
b = 1187783,634 - 1,008 · 626901,85 - 1,94 · 126609,263 = 484777,6 тыс. м3;
h = 626901,85 - 0,02 · 126609,263 – 372528,696 = 488626,9 тыс. м3;
w = 1,004 · 626901,85 - 0,02 · 126609,263 – 464315,496 = 284668,6 тыс. м3.