Страус В. - Промышленная очистка газов (1044946), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Некоторые типичные значения ЬНо, Ь(го (в МДж/кмоль) н (БАКР для окисления формальдсгнда (НСНО), пропана (С,Нз) н зтанола приведены ниже: ьняз с охо с ьгг!н с о о о †5 9 †5 8 — 5!8,2 †20,9 †20,0 †20,5 †29,7 †30,6 †30,6 о З4 'С вЂ” 507,8 — 2!07,7 †31,7 НСНО сн С Н ОН Прямое сжигание обычно осуществляется прн температурах 700 — 800'С, тогда как каталнтнческое сжигание — прн 250 — 400'С. В том случае, когда тепла сгорания углеводородов в отходящих газах достаточно для того, чтобы теплота реакции превышала 182 тде гну†изменение энтропии, Т вЂ” абсолютная температура.
Значения этих функций при 25 С и !Оз ~Па называются стандартными и обозначаются Ь6л, ЬНл.. ЛЯ~. Для отрицательных значений Ь6 реакция термодинамически возможна, тогда как для значений о6 от О до 42 000 Дж/кмоль вероятность самопроизвольной реакции невелика, однако этот вопрос заслуживает дополнительного исследования.
При Л6)42 000 Дж/кмоль самопроизвольная реакция невозможна. Константу равновесия реакции можно записать рае. 1Н-50. Зависимость расхода воздуха с аце~нленом от массы пара при сгорании ацетилена (объемы воздуха и пара приведены к нормальным условиям: 0'С и 100 кПа) (ЗЩ Ж 5 ~3" ы йя ь ,( 7 0 10 Я5 00 йд 50 Расход доздука„ мзма7Ма С Нкг объем воздуха + объем пара Ф= объем пара !,9 МДж7мз,,и этн углеводороды содержат токсичные газы (например, цианистый водород), такие газы обычно сжигают в факеле. В этом случае, однако возпикаег проблема значительного изменения объемных скоростей, что особенно важно для нефтеперерабатывазощей промышленности. Некоторые углеводороды, в частности ароматические соединения и др, с низким соотношением углерод †водор, при сжигании обычно дают коптящее пламя, для избежания этого добавляют воду в виде пара.
При этом происходит реакция водяного пара с углеводородами с образованием водорода и СО. Гесс и Штикель [364) теоретически и экспериментально изучалн факельное горение ацетилена, определяли предельные значения минимально побходимого количества пара и воздуха, пределы цветпости пламени, его стабильность и уровни шума. В результате этих экспериментов был построен график зависимости объемного соотношения воздух — ацетилен от массы пара для различных зпачспнй функции Ф, записываемой в виде Пунктирной линией на рис. И(-50 нанесено теоретическое (стсхиомстрическое) количество воздуха и пара, тогда как сплошная линия обозначает экспериментальную величину светимости пламени.
Отсюда видно, что для создания наиболее экономичных условий процесса желательно работать в области между Ф=5 и осью абсцисс. Это указывает также, что одним нз основных факторов для поддержания устойчивого пламени является подача достаточного количества воздуха. Расчеты показывают, что для увлечения достаточного количества воздуха скорость газового потока должна приближаться к сверхзвуковой. Поэтому на практике обычно вокруг форсунок пля впрыска газа располагают сопла для подачи пара с высокой скоростью, что иногда приводит к большому шуму факела. Другие виды факелов, когда используется предварительное смешение газов с воздухом (типа горелок Бунзена) или предварительное смешение с паром и последующее увлечение воздуха в форсунку, не нашли широко~о применения. Вероятная причина этого заключается в том, что такие установки не способны приспосабливаться к резким изменениям объемной скорости газов, при которых функционируют факелы.
Типичная конструкция факела с впрыском пара представлена на рис. И1-51. Паровые форсунки, расположенные вокруг зоны факела, обеспечивают подачу смеси воздуха с паром для ускорения процесса горения. Необходимое количество пара колеблется от 0,05 до 0,33 кг/кг газа в зависимости от концентрации ароматических соединений в газе. Предусмотрен также пусковой факел. Если концентрация горючих газов настолько мала, что она не обеспечивает минимального выделения тепла для реакции сгорания, то в ряде случаев используют предварительный подогрев газов. Для этой цели имеется кольцевая горелка.
Если в газах, поступающих на факел, присутствует туман масла, его необходимо удалить на входе в трубу для обеспечения безопасных условий сжигания. Необходимо также принять меры против проскока пламени, если в сжигаемых газах присутствует кислород. Сжигание в факеле применялось для удаления органических тиофосфатов, обладающих лакримогенными свойствами, а также углеводородов!15691. В производстве таких веществ технологический вакуум достигается с помощью паровых эжекторов, и сброс направляется в сборники горячего конденсата, что приводит к воз. пикновенню внутрицеховых загрязнений.
Однако газы, выходящие из сборника конденсата, обычно горючи и могут подаваться на факел. Лльтернативой сжиганию газов в открытом факеле является их сжигание в замкнутой камере. В типичных конструкциях камер сжигания применяется циркулярное распределение потока, обеспечивающее высокую степень турбулентности и адекватное время пребывания (0,2 — 0,7 с) в малом объеме. Существует ряд конструкционных решений, дающих более или менее равномерное смешение компонентов и требуемое время пре. бывания в камере сжигания. На рис.
Н1-52,а показана горелка, ог которой газы отталкиваются на распределитель пламени и проходят через слой пламени в направлении, отличающемся от направления газа. Температура в камерах ограничена 450'С, поэтому в них возможна лишь частичная конверсия углеводородов. На рис.
Ш-52,б показана горелка с тангенциальной подачей газов. Выхлопные газы входят в камеру сгорания через отражатель пламени, который способствует концентрированию газов у стенок. Этот тип камер сгорания особенно пригоден в тех случаях, когда концентрация кислорода в сжигаемых газах мала (менев 15%), а объемная скорость газов изменяется в широких пределах. В камере поддерживается температура в пределах 480 — 760'С.
В другом варианте камеры используется прямогочная горелка, тогда как газы поступают тангенциальио. В такой конструкции должны быть предусмотрены стены из огнеупорных материалов илн 184 Рис. 111-52. Доисигетели с открытым плпмеием 18851: а — горелка с отталкивающим распределителем пламепи (760 'СН б — камера сгаравпя с обмуровкой и тапгсяциальпым вкадомн т — труба; у — перекрытие; 3 — сопло; т — распределитель пламеии; б — вытяжной веитвлятор; б — корпус с теплаиаоляцпей; 7 — тапгепциалы~ая горел- ке; а — ограмателы.ая плите.
Рис. Ш.51. Факел е впрыском пара 1715]г т — паровпрЫскивающие форсуики; у — коллектор пара; а — ливия питаева пара; Š— передков воспламевяющее устройство; б — тр>бк»г б — смсситель пускового факела; 7 — тройвик. материалов, выполняющих роль теплообменника с поступающими газами. В более современных установках используются горелки с предварительным смешением, такие как модель Комбастифьюм [1671 (Рис. П1-53). Достоинством таких горелок является короткое пламя, а также полное смешение компонентов (рис. П1-54).
Исследовалась также возможность дополнителыюго предварительного подогрева газа )рис. П1-55), причем оказалось, что в этом случае для одинаковой степени сжигания были достаточны более низкие температуры при меньшем времени пребывания. Для Работы таких горелок необходимы гораздо более высокие скорости — порядка 20 — 40 м/с по профилю сопла горелки, вместо 1О м/с в традиционных камерах сгорания. Проектирование таких камер сгорания требует особенно тщательных расчетов для того, чтобы не допустить перегрева огнеупорной облицовки; кроме того, необходимо предусмотреть конт- 185 Рис. П1-53. Горелка с предварительным смешением (модель «Комбастифьюм»)— название зарегистрировано 4гирмоя Маклак Инк., Индиана) 18951: à — боковое отверстие горелка; 2 — боковаа плита; 3 — корпус смигател»; Š— горелка.
Рис. П1-54. Устройство горелки с предварительным смешением 18951: г — корпус с теплоиаолвднеа; 2 — боковин плита: э — горелка гмолель «комбагтфьюмаь роль за работой горелок и их регулирование во избежание взрыва Выходящие из камеры газы могут либо выбрасываться непосредственно в атмосферу, либо пропускаться через теплообмеиинк с целью рекуперацни тепла горячих газов. В таких конструкциях обычно используется дополнительная газовая или нефтяная горелка, нагревающая газы выше их температуры самовоспламенения [7!31.
Для паров нефти достаточны более низкие температуры, тогда как для метана и ароматических углеводородов необходимы более высокие температуры. Типичными областями применения дожигателей с открытым пламенем является дожигание газов со скотобоен и салотопен для удаления неприятных запахов, органических отходов цехов змалнрованной проволоки [691, отходящих газов стержневых печей [491 и оксидов азота, образующихся в процессе нитрования [2!41.
Оксиды азота [2141 предварительно смешиваются с природным газом до подачи в камеру, куда добавляется воздух, необходимый для полного сжигания. Более простой по конструкции является установка для дожига. ния отходящих газов от печей для сушки стержней; она представляет собой камеру с небольшой насадкой из огнеупорных матерна. лов. Хотя время пребывания в такой камере не превышает согласно расчетам 0,06 с, применение относительно высоких температур (800 †10'С) позволяет достичь удовлетворительных результатов. Исследования, проведенные в цехе нанесения эмалей на проволоку, показали, что около 907р углеводородов окисляются при нагрева нии выше 685'С; подобные же результаты были получены для отходящих газов печей цеха покрытия металлов [8961. В обоих слу.
чаях время пребывания составляло 0,3 с. Рекуперация тепла газов сгорания может улучшить экономические показатели эксплуатации обычных (и, конечно, каталитическнх) установок дожигания. Рекуперация тепла может осуществляться либо в системах регенерации (кольцевой теплообменник А(опгстрома), либо в рекуперационных установках, где теплоперенос происходит через гофрированные металлические поверхности. В одном из вариантов гофрируют поверхность плоских труб, причем получают прогивоточные системы, обладающие большой механической прочностью при высоких температурах (б8]. В установке Монгстрома используется теплообменник барабанного типа, н котором теплообменный элемент вращается в соприкасающихся, ио разделенных потоках входящего и отходящего газов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
