он дает так назыв. воздушный газ, но своему составу нриближаюшийся к указанному выше, т. е. с невысокой тен.тонроизво-дительностью (1050--1100 Cal/m); далее, такая работа может осуществляться только в генераторах специальной конструкции (работающих с выпуском жидкого шлака), иначе плавление (шлакование) золы может вызвать серьезные расстройства в работе генератора (образование настылей,козлов и т.д.); наконец, t° газа, покидающего генератор, в этом случае будет значительно выше, что не всегда выгодно. Поэтому целесообразнее использовать избыток тепла, развиваемого в зоне горения, на проведение таких эндотермич. реакций, которые понижали бы зоны горения до минимально необходимой (1 ООО- 1100 ) и вместе с тем улучшали бы качество газа в смысле повышения его теплотворной способности. Для этой цели можно было бы воспользоваться реакциями восстановления СО, или Н.0, вводимых со стороны. Однако, для получения больших количеств COg по дешевой цене встречается целый ряд практическ. затруднений. Произведенные же за последнее время в Америке попытки использовать для этой це.т1и колошниковый газ (ок. 14% СО. 26% СО и 57% N2) теоретически не обоснованы, т. к. при этом вводится до 86% газообразных продуктов, поглощающих

Кривой равновесия Кривая равновесия водяного газа

системы COp+CSCO i

Фиг. 2.

тепло на нагрев, но не участвующих в процессе. Так. обр., наиболее простой и дешевой реакцией такого рода остается разложение раскаленным углеродом паров воды по ур-ию:

с + HjO = со + Hj - 28 380 Cal. (4)

Теоретический состав газа, получающегося по этой реакции, таков: 50% СО, 50% H.j, а теплотворная способность его около 2 800 Са1/л13, т. е. значительно выше простого Г. г., полученного по реакции (3).

Основой современного генераторного процесса и является комбинация реакций (3) и (4), что осуществляется на практике подачей под колосники генератора влалсного воздуха или паро-воздушного дутья, а иногда просто устройством водяной ванны в зольнике. Количество пара, подаваемого под колосники генератора, па 1 кг топлива обычно бывает: для каменных углей 0,25-0,30 кг, для кокса и антрацита 0*,30-0,35 кг, для бурых углей 0,10-0,20 кг и для дров и торфа 0,0-0,10 кг. При указанных условиях, в нижних зонах генератора имеется сложная система газообразных соединений, состоящая из смеси СОо, СО, Н., и HgO. Вследствие больших скоростей газообразных продуктов горения в прозорах между кусками топлива, малого времени пребывания их в

зоне горения и других факторов, влия1рш,их на ход реакций, состояние равновесия между указанной газообразной фазой и твердым С в условиях практического проведения генераторного процесса обычно не достигается. Поэтому и состав газовой смеси несколько отличается от теоретического, отвечающего кривым (фиг. 1 и 2) состояния полного равновесия системы при дайной концентрации,

Влияние t° на скорость реакции C-40g-2C0

л 70

Ьзо го

Зреня в секундах Фиг. 3.

давлении и t° (исследования Будуара, Рида и Уилера, Клемента и Адамса, Герриса, Неймана, Гана, Дирсена и других). Весьма важн. роль при этом играет также и качество твердого углеродистого остатка топлива (кокс, древесный уголь), а именно: его горючесть, или реактивность. Более плотный и менее реактивный кокс (или антрацит), например, требует для успешного проведения реакций горения и полного восстановления СОа и HgO значительно более высоких V или повышенного давления по сравнению с древесным углем. В противном случае реакции пойдут медленнее и не закончатся в короткий период времени пребывания газовой смеси в зоне горения и восстановления. Влияние t° на скорость реакции С--С02= =2 СО и сорта топлива на скорость той лее реакции, по опытам Клемента, Адамса и Гаскинса, видно из кривых на фпг. 3 и 4.

вмияние сорта топлиза на скорость реакции С+СОгСО (при 1100°)

го га время в пйчундоА

Фиг. 4.

Все сказанное относится к случаю солси-гания твердого углеродистого остатка или топлива, не содержащего летучих веществ. Обычные сорта твердого топлива дают при сухой перегонке в верхних зонах генерато-

pa летучие газообразные продукты высокой теплотворной способности. Для каменного угля это будет светильный газ, теп-попроиз-водительность которого достигает: 4 500- б 500 Са1/лгз. Присоединение продуктов сухой перегонки к полученному на колосниках первичному Г. г., т. е. к продуктам неполного горения твердого углеродистого остатка, значительно повышает его тенлопроизводительность. Отсюда ясно, что для сожигания в генераторах должны применяться сорта топлива с высокпм содерлтнием летучих вешеств, в частности газовые каменные угли с .30-36% летучих веществ. Однако, при этом не надо упускать из виду, что при высоком содержании О. в топливе (бурые угли, торф, дрова) значительная часть его (45-55 %) образует HjO (вода Дюлонга), которая вместе с влагой топлива переходит в газ и тем значительно понижает его пиро-метрич. качества. Последнее обстоятельство особенно резко сказывается при работе на необугленрюм и сильно влалшом древесном и торфяном топливе.

Из приведенных выше соображений молено составить и общую схему современного генераторного процесса (паро-воздушный газ): 1) поступающий под колосники генератора кислород воздуха солшгает углерод кокса в СОа, развивая при этом высокую t°; 2)б6.чь-шая часть образовавшейся СОг восстанавливается раскаленным коксом в СО при высокой Г зоны горения (1 ООО-1 100°); 3) приносимый дутьем или испаренный в зольнике водяной пар разлагается раска.лен. коксом с образованием СО и На; 4) азот воздуха в реашщи не участвует, по отнимает тепло зоны горения, нагреваясь до t° среды (1 ООО- 1 100°); 5) нагретые до высокой t° продукты реакций пепо.лного горения и восстановления (первичный Г. г.) поднимаются навстречу спускающемуся сверху топливу и, отдавая ему свое тепло, обогащаются выделяющимися при этом продуктами сухой перегонки (СОз, СО, СН с2н4, СпНгп, смоляные пары и прочие соединения); 6) в верхних зонах генератора могут происходить и реакции обменного разложения между продуктами газообразования нижних зон и сложными продуктами сухой перегонки; некоторые из этих реакций, напр.,

со + HjO = СОг + Н, + 10 400 Cal,

являются невыгодными, т. к. увеличивают неконденсирующийся баласт Г. г. (со2) вместо паров воды (н2о), которые м. б. легко, удалены из газа путем его промывки или конденсации; другие реакции, например,

2 со = СОг + с + 38 790 Cal, (2)

бесполезно увеличивают потери С (унос и осаждение сажи) и затрудняют очистку газопроводов; 7) в верхних слоях топлива идет его сушка, т. е. испарение содержащейся в нем гигроскопич. влаги, переходящей почти полностью в газ в виде паров HjO; 8) наличие в твердом минеральн. горючем нек-рого количества сернистых соединений (обычно в виде пирита FeSg) ведет к тому, что большая часть серы (80-90%) переходит в газ в виде ligS (верхние зоны) или so2 (зона горения), что дает от О до 10 г Sna 1 газа. Ниже приведены наиболее важные реакции

т. Э. т. V.

генераторного процесса и их тепловые эффекты в килогряммолскулах по данным профессора М. А. Павлова:

с + Ог + 3,8 N. = COs + 3,8 N3 + 97 650 Cal (1)

СОг + с = 2С 0 - 38 790 (2)

С + VzCO, + 3,8 N2) = со + 1,9 Nj + 29 430 (3) FeS + 1/= (Ог + 3,8 N2) = FeO + SO +

+ 5,7 N2 +117 713 (4)

11,0 + с = CO + Г1г - 28 380 (5)

со + Нзо{( )сОз+11.. . . .{; ,К :

с + 2 = ch4 + 20 870 (7)

2 с + 2 Пг = CsHi - 9 080 (8)

FeSj = FeS + S - 16 700 (9)

2 CO = с + CO г + 38 790 (2)

с + 2 ИзО = CO2 + 2 Из - 17 970 (10)

Соответственно приведенным реакциям, в генераторе различаются следующие зоны, считая снизу вверх: зона шлака, зона горения [реакции (1) и (4)], зона восстановления [реакции (2) и (5)], зона дистилляции, или сухой перегонки [реакции (6), (7), (8 и (9), выделение смол], зона сушки (испарение влаги). Резких границ между этими зонами, конечно, нет, так как они взаимно перекрываются и смещаются по вертикали в различных точках сечения шахты генератора. В зависимости от сорта топлива и назначения газа, та или иная зона молсет получить большее развитие. Так, древесное и торфяное топливо требует для своей подготовки значительно большего объема, чем каменный уго.г1ь и особенно кокс или антрацит. Генераторы, предназначенные для улавливания побочных продуктов перегонки каменных углей, доллсны иметь значительно развитую зону дистилляции.

Состав Г. г. и ого тенлопроизводительность. Г. г. состоит из горючих составных частей (СО, СН, HjS, тялселых углеводородов СцНап, смолы и са-лш) и балласта (СОг, Ng, so2, паров HgO). Типичные составы Г. г. для различных сортов топлива и способов газификации приводятся в табл. 1. Химич. состав обычного (паро-воз-душного из каменного угля) Г. г. колеблется в довольно узких пределах: 3,0-7,0% СО./, 22-28% СО; 1,5-4,5% СИ; 0,5- 1,5% с2н4; 8,0-16,0% Н; 50-58,0% Тенлопроизводительность сухого и бессмольного газа достигает 1 050-1 550 Са1/лг В зависимости от сорта топлива и режима процесса, Г. г. песет с собой нек-рое количество смоляных паров (от О до 20 г/м) и салш (от О до 10 г/м); это значительно увеличивает пирометрич. эффект газа и дает хорошую яркость пламени. Состав смолы приближенно можно принять равным: 80% С, 10% о2, 10% Нз, состав сажи: 100% С. Теплотворная способность смолы и сажи составляет от 5 до 15% от теплотворной способности газа (в среднем около 10%). Углекислота в Г. г. получается или как продукт сухой перегонки, или как результат реакции обменного разложения [реакция (6)]. В том случае, если генератор работает на газ высокой t° или, как говорят, на полу-газ, количество со2 бывает повышено, что окупается выгодой использования высокой t° полугаза (1 ООО-1 100°). При нарушении правильн. режима генератора (низкий слой горючего, образование прогаров и труб>->, низкая темп-ра в зоне горения при влажном топливе или при избытке пара и т. д.),

Табл. 1. - Состав и теп.лопроизводительность генераторного газа и других сортов газообразного топлива (по дапным проф. BI. А. Павлова).

Сорт газа

Состав газа в объемных %

СО j СН4 С2Н4

Тепло-производитель-

ность, в Са1/лг

д со

£ я

СО..................

..................

СН...................

CjH..................

Воздушный газ С + V2 (О2 + 3,8 Nj) = со + 1,9 n3

Водяной газ НО + С = + СО........

Смешанный газ (нолуводяной) 2 С + V2 (Os + 3,8 N.) + Н2О = = 2 СО + Н, + 1,9 N .......

Смешанный газ (полуводяной) 2 С + Vi! (Ог + 3,8 N2) + 2 Н,0 = = СО+СО2 + 2 Hj + 1,9 N2 . .

Из сухого древесного угля.....

Из сухого кокса ...........

Из каменного угля.........

Из дров..............

Из каменного угля.........

.........

Из антрацита ............

Из кокса..............

100,0

100,0

100,0

100,0

14,4

4,6

50,0

39,9 19,7

50,0 17,0 28,8

100.0 100,0 100,0 100,0

3 045 2 580 8.590 14 290

65,4

43,1 37,1

100,0 100,0

100,0

100,0

1 050

2 800

1 665 1 352

W а p.

0,5 1,4

5,6 7,3

4,9 5,4 9,3

33,5 32,6 24,9 29,2

2,4 2,5

2,8 1,0 8,5 8,7

25,2 27,0 20,1

2,5 2,9 1,2

11,4 14,6 19,3

Из американских 1чОксовальн. нечей Из южно-русских коксовальн. печей Из уральских древесно-угольн. печей

15,7 8,4 11,8

39,0

23,5 30,7 27,9

0,5 0,4 1,3

49,0

2,0 2,0 8,1

63,2 65,0 58,6 51,8

56,0 50.1 50,1

58,3 58,5 50,9

100,0 100,0 100,0 100,0

100,0 100,0 100,0

1 100 1 025 1 249 1 409

1 335 1 440 1 221

100,0

2 468

100,0 100,0 100,0

850-900 1 000-1 050 1 0.50-1 150

%-ыое содерлеание СОз в Г. г. сильно новы-шается, а его качества соответственно ухудшаются. В отличие от паров воды, углекислота и сернистый газ являются балластом менее выгодным-более теплоемким и некон-денсируюшимся. Содерлсание водяных паров в Г. г. определяется: 1) %-ным содержанием в топливе влаги, которая почти целиком переходит в газ; 2) образованием паров воды в зонах сухой перегонки (вода Дюлон-га); 3) неполньпл разложением пара, подаваемого под колосники. Обычный каменноугольный Г. г. содержит от 20 до 60 г паров НгО на 1 лез. Содержание влаги в буроуголь-ном, дровяном и торфяном газе м. б. значительно выше и достигать 180-240 и даже 360 г/м. При понижении t° Г. г. часть влаги осаждается в виде подсмольной воды в смо-лостеках газопроводов или в специальных конденсаторах. Маневрирование с под смольными водами является весьма неприятной операцией, так как они разъедают металлич. части газопроводов и конденсаторов; спуск их в проточные водоемы общего пользования воспрещен законом, а отвоз за черту поселений обходится дорого. Наиболее употребительной системой осушки газа является устройство инъекционных конденсаторов (промывных или оросительных башен) с оборотной циркуляцией подсмольных вод. Большой интерес в этом отношении представляет применение электрич. осадите лей Котреля, давших хорошие результаты на буроуголь-

ных установках в Германии. Осаждающаяся в конденсаторах смола находит в Германии широкое промышленное применение. В наших же условиях, при работе на дровяных и торфяных генераторах, обычно не идут дальше примитивной утилизации смолы, в виде обратной заливки ее в генератор (способ, заимствованный нами от шведских заводов).

В зависимости от назначения газа, свойств топлива, конструкции генератора и т. д., состав Г. г. может отклоняться от нормального состава паро-воздушного газа, широко применяемого для промышленного отопления заводских печей. Газ генераторов, работающих с выпуском жидкого шлака, как видно из табл. 1, очень близко подходит к теоретическому составу газа реакции (3).

Силовой газ предназначается для превращения его в механическ. энергию (двигатели внутреннего сгорания). От него щ требуется особенно высоких пирометрическ. качеств, но присутствие смол и сажи признается вредным, т. к. увеличивает расходы на очистку (промывку) газа. Поэтому силовой газ часто предпочитают получать из кокса или тощих сортов каменных углей, особенно антрацита. При этом иногда подогревают воздух или перегревают пар, поступающий под колосники генератора, и тем самым дают возмоленость повысить количество пара, а следовательно,и теплотворн. способность газа; однако, содержание в газе Нг в количестве, превышающем 15%, нежелательно.