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 = Р_общ.

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 Р_общ., 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 Р_общ,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 Р_общ.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%