РАСЧЕТ ГАЗОГЕНЕРАТОРНЫХ УСТАНОВОК ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ГАЗИФИКАЦИИ

Для определения основных параметров процесса газификации необходимо знать элементарный состав топлива, на котором работает газогенератор, и примерный состав газа, который может быть получен в результате ведения процесса газификации. 

В табл. 33 приведены основные данные по элементарному составу топлив, применяемых в транспортных газогенераторах.

Содержание влаги в топливе W^р дано в процентах по весу по отношению к рабочей массе топлива, золы А^с — в процентах по весу по отношению к сухой массе, а остальные компоненты — в процентах по весу по отношению к горючей массе топлива.

Горючая масса топлива состоит из углерода С^г, водорода Н^г, кислорода О^г, азота N^г и серы S^г:

Сухая масса топлива состоит из горючей массы и золы. Компоненты сухой массы топлива обозначаются буквой „с“:

Для пересчета состава топлива с горючей массы на сухую пользуются для любого компонента следующей формулой:

Например, углерод в сухой массе:

Рабочая масса топлива состоит из сухой массы и влаги. Компоненты рабочей массы обозначаются буквой „р“. Пересчете сухой массы на рабочую производится для любого компонента по формуле:

Пересчет с горючей массы на рабочую производится по формуле

Низшая теплотворность рабочей массы твердого топлива определяется по формуле Менделеева:

где S^р_л — содержание летучей (горючей) серы в рабочем топливе.

В последующих расчетах все компоненты топлива пересчитываются на рабочую массу. При этом содержанием серы в топливе ввиду незначительности ее количества можно для упрощения расчетов пренебречь или отнести ее содержание к содержанию золы в топливе.

На основании результатов многократных исследований работы газогенераторов различных систем замечено, что состав генераторного газа при правильно выбранных напряженности горения и высоте активной зоны зависит лишь от топлива, на котором работает Данный газогенератор. Для всех последующих расчетов можно пользоваться составами газа, приведенными в табл. 34. Компоненты газа даны в процентах по объему по отношению к сухому газу.

Выход сухого газа из 1 кг рабочего топлива. Учитывая потери углерода топлива вместе с золой, а также в виде пыли, уносимой из газогенератора, получим количество углерода топлива, перешедшее в газ, на 1 кг топлива:

где С_n — потери углерода.

Содержание углерода в газе определяется по следующему уравнению:

где 12 — молекулярный вес углерода;

22,4 — объем 1 моля газа в м³ при 0° и 760 мм рт. ст.

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 С_n в очаговых остатках и в виде пыли оцениваются в 1,5—2,5%.

Меньшее значение С_n принимается при газификации древесных чурок твердых пород и антрацита. Большее значение С_n берется при газификации мягких пород дерева, неотсеянного древесного угля, бурого угля и т. д.

Вес 1 м³ сухого нормального генераторного газа при температуре 0° и давлении 760 мм рт. ст. Удельный вес сухого нормального генераторного газа определяется в зависимости от его состава по формуле

Коэффициенты при компонентах газа означают удельный вес соответствующего газа при 0° и 760 мм рт. ст.

Содержание влаги в генераторном газе. Количество водяных паров, содержащихся в газе, выходящем из газогенератора, слагается из влаги гигроскопической, влаги, подводимой извне, и влаги, образующейся из водорода топлива, за вычетом водорода, израсходованного на образование метана, и водорода газа. Количество влаги, содержащейся в 1 м³ газа,

где W^р я H^р — процентное содержание влаги и водорода в 1 кг топлива;

Н₂ и СН₄ — процентное (по объему) содержание водорода и метана в 1 м³ газа;

G_в — вес воды, подводимой извне, в кг на 1 кг топлива;

0,804 — условный удельный вес в кг/м³ водяного пара при 0° и 760 мм рт. ст., подсчитанный по формуле

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

Выход влажного газа из 1 кг топлива складывается из количества сухого газа V_g и количества водяных паров G_H2О, выраженного в объемных единицах:

Расход воздуха, необходимого для газификации 1 кг топлива.

Для расчета проходного сечения фурм газогенератора необходимо знать количество воздуха, потребного для газификации 1 кг топлива.

Расход воздуха определяется на основании баланса азота, который при газификации топлива переходит из воздуха в газ (азотом, содержащимся в топливе, в последующих расчетах пренебрегаем ввиду незначительности его количества).

Так как 1 м³ воздуха содержит 79% азота (по объему), а 1 м³ газа содержит N₂% азота, то на образование 1 м³ газа расходуется воздуха N₂/79. Следовательно, на газификацию 1 кг топлива нужно воздуха

Материальный баланс. В соответствии с законом сохранения материи количество веществ, израсходованных при газификации 1 кг топлива, должно равняться количеству веществ, полученных в результате процесса газификации:

Левая часть этого уравнения материального баланса представляет собой исходные компоненты, а правая часть — продукты процесса газификации. Все компоненты отнесены к 1 кг топлива и означают:

1 ,00 — вес топлива в рабочем состоянии;

1,293 —удельный вес воздуха при 0° и 760 мм рт. ст.;

1,2931L — вес воздуха, расходуемого на газификацию;

G_B — вес влаги, подведенной извне;

γ₂V_g — вес сухого газа, образующегося в результате газификации;

G_H2О— вес водяного пара, полученного при газификации;

0,01 A^p — вес золы, выделяющейся при газификации топлива;

0,01 С_п —потери углерода с золой и в пыли, уносимой из газогенератора.

Количество Н₂ и O₂, теряемое с углем и с пылью незначительно и поэтому не учитывается.

Имея в виду возможные отклонения в составе генераторного газа по отношению к заданному составу топлива, а также

округления при вычислениях, можно допустить разницу в материальном балансе в пределах +2%.

Коэффициент полезного действия газогенератора определяется по следующей формуле:

где η_г — к. п. д. газогенератора;

H^р_н — теплотворность рабочего топлива в ккал/кг;

V_g — выход газа из 1 кг топлива в м³/кг;

H_u — низшая теплотворность газа при 0° И 760 мм рт. ст. в ккал/м³.

Низшая теплотворность газа подсчитывается по следующему уравнению:

Имеющиеся в газе в небольшом количестве непредельные углеводороды С_пН_т с достаточной для расчетов степенью точности можно отнести к метану.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ НА ГЕНЕРАТОРНОМ ГАЗЕ

Количество воздуха, необходимое для сжигания 1 м³ газа, определяется по заданному в процентах объема составу газа по формуле

Для переоборудуемых двигателей коэффициент наполнения при работе на газе примерно на 8—12% ниже, чем при работе на бензине. В случае перехода с нижних клапанов на верхние (подвесные) при работе на газе будет иметь такое же значение, как и при работе на бензине, и даже может быть на 3—5% выше, если при этом производится увеличение сечения каналов для впуска газа и диаметра впускного клапана. Для автомобильных двигателей, переоборудуемых без изменения сечения и расположения клапанов, η_к = 0,55÷0,60.

Мощность двигателя. Для определения мощности двигателя необходимо знать величину среднего эффективного давления р_е при работе на газе:

РАСЧЕТ ГАЗОГЕНЕРАТОРА

Определение размеров камеры газификации. При неизменных качествах топлива производительность газогенератора и качество получаемого газа зависят от размеров камеры газификации: диаметра D _к (фиг. 118) и высоты камеры Н₃ (или высоты активной зоны).

В зависимости от сорта применяемого топлива (его реакционной способности, зольности и т. д.) для заданной производительности газогенератора выбираются размеры камеры газификации и тип процесса.

Для топлив, не выделяющих смолы (древесного угля, антрацита, каменноугольного и торфяного кокса), применимы прямой и поперечный процессы газификации.

где v_K — удельный объем камеры газификации в л/л. с.;

N_e — мощность двигателя в л. с.;

D_K — диаметр камеры газификации в см.

Значение удельного объема камеры надо брать большее для газогенераторов большей производительности. Для работающих на антраците генераторов вне зависимости от производительности рекомендуется принимать для расчета меньшее значение удельного объема в связи с уменьшением реакционной способности антрацита при длительном нахождении в зоне высоких температур.

Для газогенераторов поперечного процесса, у которых камерой газификации служит нижняя часть корпуса (фиг. 119), диаметр камеры (корпуса) D_K и высоту камеры Н_к определяют в зависимости от длины активной зоны l₃ (расстояние от устья фурмы до газоотборной решетки) по следующим эмпирическим формулам:

Матерчатые фильтры. Необходимая поверхность очистки матерчатых фильтров подсчитывается по эмпирической формуле

Коэффициент для пересчета с горючей массы на рабочую

Состав рабочей массы топлива будет:

2. В соответствии с заданным топливом и результатами испытаний антрацитовых газогенераторных установок автотракторного типа принимаем следующий состав газа:

Примечание. Ввиду незначительности содержания кислорода пересчет на бескислородный состав газа не производим, так как ошибка будет незначительная.

3. Теплотворность топлива

4. Теплотворность газа

5. Удельный вес газа

6. Выход газа из 1 кг топлива определим по формуле

Потери углерода в очаговых остатках С_n принимаем равными 3%. Тогда

7. Расход воздуха на газификацию

или

8. Влажность газа определим по формуле

Расход пара G_в принимаем равным 0,4 кг на 1 кг топлива тогда

9. Суммарное содержание водяных паров в газе, получившихся в результате газификации 1 кг топлива,

10. Материальный баланс:

После перемножения и сложения, получим 5,16 ≈5,03. Неувязка 5,16 — 5,03 = 0,13, или 2,5°/₀, вполне допустима.

11. К. п. д. газогенератора

12. При сгорании газа расходуется воздух в количестве

13. Теплотворность газо-воздушной смеси определяем по формуле

Определение основных параметров работы двигателя

1. Основные размеры двигателя: рабочий объем цилиндров (литраж) V_л = 5,55 л, степень сжатия ε = 7.

2. Индикаторный к. п. д.

3. Среднее индикаторное давление определяем по формуле

Коэффициент наполнения двигателя ЗИС-5 при работе на генераторном газе и n = 2400 об/мин, принимаем 0,53. Тогда

4. Среднее давление трения

5. Среднее эффективное давление

6. Мощность двигателя

7. Расход газа

8. Часовой расход топлива

9. Удельный расход топлива

Определение основных размеров газогенераторной установки

1. Диаметр камеры газификации определяем по формуле

В соответствии с данными, приведенными в табл. 35, q принимаем равным 250 кг/м² час. Тогда

2. Высоту камеры газификации определяем по формуле

Удельный объем камеры v_к принимаем равным 0,8 л/л. с. В этом случае 

3. Размер зольника газогенератора определяем по формуле

Принимая насыпной вес очаговых остатков γ_о=0,5 кг/л, количество очаговых остатков А₃ = 6%, периодичность чистки А₃=16 час., площадь зольника F_зол= 20 дм², получим

4. Объем бункера газогенератора: при общей высоте газогенератора 1635 мм, высоте камеры газификации 413 мм, высоте зольника 200 мм и толщине колосников 22 мм высота бункера газогенератора будет равна

тогда объем бункера при его диаметре D₆ = 500 мм = 5 дм будет

5. Периодичность догрузки бункера

6. Поверхность охладителя

Для четырехтрубного охладителя с трубами диаметром D = 100 мм длина каждой трубы будет

Принимая v_оч = 0,2 м/сек, получим

ГАЗОГЕНЕРАТОРНЫЕ АВТОМОБИЛИ
КТН Г.Г.Токарев
1955