Технические науки/3. Отраслевое машиностроение

Маг. Арсланова Г. Р., маг. Габидуллин А. М., маг. Степанова Т. О.

Казанский национальный исследовательский технологический университет, Россия

Расчет материального баланса процесса газификации

Газификация – наиболее популярный метод термического разложения древесины, так как продуктом выхода является газ, который может найти широкое применение. Но прежде чем приступить к процессу газификации, необходимо произвести расчет материального баланса [1].

В материальном балансе сопоставляют количество веществ, введенных в газогенератор и отведенных из него [2]. Для составления материального баланса необходимо знать состав топлива, газа и отходов. Расчет ведется из условия получения 100 моль влажного газа из древесины [3]. Требуется определить состав газа, получаемого из древесных отходов, зольность которых =2% и влажность =23%, если состав горючей массы древесных отходов С^c = 51%, Н₂ ^c=6,1%. О₂ ^c= 42,3%. N²=0,6%; состав газа в процентах по обьему: Н₂=11,7 %, СО= 38,4%, СН₄=8,3%, СО₂=15,2%, N₂=25%, О₂=1,4%

Содержанием метана в газе пренебрегаем, а в конце принимаем, что в газе содержится 1,5% метана. Считаем, что рабочее топливо состоит из:

С^р + Н^р + О^р +N^р - W^р +А^р = 100%(по весу).

Определим состав рабочего топлива. Содержание золы в рабочем топливе определяем из уравнения:

Пересчете сухой массы на рабочую производится для любого компонента по формуле:

;

Содержание углерода в рабочем топливе:

;

Содержание водорода в рабочем топливе:

;

Содержание кислорода в рабочем топливе:

;

Содержание азота в рабочем топливе:

;

Низшая теплотворность рабочей массы твердого топлива определяется по формуле Менделеева:

H_H^р=81С^р + 246Н^р - 26О^р - 6W^р = 81∙38,5+246∙4,6 - 26∙31,9 - 6∙23=5217 ккал/кг.

Содержание углерода в газе определяется по следующему уравнению:

кг/м³

Разделив количество углерода топлива, перешедшее в газ, на содержание углерода в 1 м3 газа, получим выход сухого газа из 1 кг рабочего топлива:

.

На основании опытных данных потери углерода Сn в виде пыли оцениваются в 1,5—2,5%

.

Удельный вес сухого нормального генераторного газа определяется в зависимости от его состава по формуле:

Водяные пары суммируется из гигроскопической влаги, влаги, которую подводят извне, и влаги, которая образуется из водорода топлива. Количество влаги, содержащейся в 1 м³ газа,

Общее количество водяных паров в газе, образовавшихся при газификации 1 кг топлива:

G_h2o= V_g·f_г = 1,08·0,24=0,18 кг/кг топлива;

Выход влажного газа из 1 кг топлива складывается из количества сухого газа Vg и количества водяных паров GH₂О, выраженного в объемных единицах:

V’_g = V_g(1+1,245f_г) = 1,08(1+1,245·0,24) = 1,4 м³/ кг топлива

При использовании в качестве окислителя воздух, содержащий 78% азота в 1 м³ воздуха. На образование 1 м³ газа расходуется воздуха - cледовательно, на газификацию 1 кг топлива нужно воздуха:

В соответствии с законом сохранения массы количество веществ, которые израсходовались при газификации 1 кг топлива, должно равняться количеству веществ, которые были получены в результате процесса газификации:

Материальный баланс на 1 кг топлива: приход: 1,5 кг. Расход: 1,48 кг.

Расхождение в балансе 1,33% - находится в допустимых пределах и может быть отнесено к погрешностям в анализе топлива и газа.

Литература:

1. Юдушкин, Н.Г. Газогенераторные тракторы / Н.Г. Юдушкин. – М.: Машгиз, 1955. – 244 с.

2. Токарев, Г.Г. Газогенераторные автомобили / Г.Г.Токарев. – М.: Машгиз, 1955. – 206 с.

3. Семенов, Ю.П. Лесная биоэнергетика: учебное пособие / под ред. Ю.П. Семенова. – М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2008. – 348 с.