1598005439-1326b994f1090c560653e496106b7ac8 (811216), страница 44
Текст из файла (страница 44)
При этом желательно, чтобы биомасса, предназначенная для переработки в газификаторе, имела следующие характеристики: Среднее содержание влаги Менее 50", Средняя теплота сгорания Не менее 9,8 МДж/кг Средние размеры частиц сырья 1,27-7,62 сы Температура плавления золы Не менее 1149'С Низкое содержание золы (6-10Х) Легкая воспламеняемость Однородный химический состав Способность образовывать структурно прочное углистое вещество Возможность относительно простого сбора, хранения и перемещения Экономически оправданные транспортные расходы Доступность в кодичеслве, необходимом для надлежащего удовлетворения потребности установки по газификации При использовании газификаторов любого типа, кроме Тоггах, необходима предварительная обработка сырья.
В частности, некоторые виды сельскохозяйственного сырья и лесной продукции также должны быть подвергнуты предварительной обработке. Предварительная обработка твердых городских отходов включает уменьшение размеров сырья (одно- или двухстадийное измельчение); удаление металлов (черных с помощью магнитных сепараторов, цветных с помощью вихревых токов или другим способом); удаление стекла путем воздушной сепарации, грохочения н барабанном грохоте, просеивания. Предварительнан обработка продуктов леса включает дробление отходов лесопиления, измельчение, сушку и/или уплотнение в брикеты либо в бруски.
Предварительная обработка сельскохозяйственных продуктов и остатков включает измсльчение, сушку и уплотнение. Следует заметить, что в результате преднарительной обработки сырья становится возможным равномерное распределение сырьи в газификаторе; исключается образование незаплывающих канавок в потоке сырья; уменьшается вероятность зависания сырья внутри газификатора; для загрузки газификатора может быть использован механический подаватель сырья; верхнее герметнзнрующее устройство газификатора может эксплуатироваться безаварийно; обеспечивается однородное ка- честно газа; возможно добиться устойчивого выхода шлака, золы и углистого вещества и облегчается хранение и выполнение операций по перемещению. Однако в случае предварительной обработки сырья могут потребоваться дополнительные средства на приобретение оборудования для такой обработки сырья и на техническое обслуживание этого оборудования.
Кроме того, длительный выход из строп оборудования для предварительной обработки сырья может привести к необходимости остановки всей системы газификации. 6Н, кдж7кг моль Номер Реакция Реакция Зова реактора С + 02 е СО2 + 394 (1) Н2О -е — Ол + Н, +241 1 (2) 2 С + 2Н,О -+ СО2 + 2Н2 + 89 (3) С + Н2О СО + Нл +132 (4) С + СО, е 2СО .~-174 (5) С + 2Н2 Сне — 75 (6) СО2 6 Н2 СО 6 Н2О(ж) — 1,89 (7) СО2 -1- Н, -е СО, -~- Н,О(г) + 41 (8) СН 6 --О, СО + 2Н2+33 1 (9) 2 Вдажная поверхность + Тепло Высоко- и средиемолекулярные органические жидкости + Углистое вещество + СН2 + Не + Н20 + СО + СО2, Окислеаие (вариант с во.
ляным паром) П пролив Сушка 3. ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ, СОПРОВОЖДАЮЩИЕ РЕАКЦИИ, ПРОИСХОДЯЩИЕ В ГАЗИФИКАТОРЕ В газификаторе происходит тсрмохимическое превращение биомассы. Качество топливного газа определяется равновесием, которое достигается во время реакций. Визуальные наблюдения за реакциями, происходящими в газификаторе, позволяют понять их характер. Допустим, что газификатор представляет собой вертикальную шахтную печь, наполненную биомассой в виде древесной щепы. Верх газифнкатора закрыт ~аким образом, что воздух в него не проникает.
Внизу газификатора на решетчатом дне размещена древесная щепа. В газификаторе имеется система подачи воздуха или водяного пара. Древесина поджигается от источника пламени, После воспламенения щепы в газификаторе образуются четыре реакционные зоны (рис. 9). Ближе к полу газификатора находится зона окисления, а за ней следуют зоны восстановления, пиролиза и сушки. В процессе газификации могут происходить следующие реакции (рис. 9); Часть П Способы получения энергии из биомассы додали оиаиисси 4 ттианалслулярлао с оиисстои, титтотисл иаиист ттрат тсиссоао и + Соо ° но Ноо + ' С,'Б + С '2 отоилоо-св уллроса отлоиоссоас аолроиолойо листал ооиСсстоо о - со, гн, О ° СО ° н, 2СО СН, со, ° н, даура «аии лир 02 + Но + Нос со ° н, ° н, ° ттсто Н202 = СО Рис.
9. Типичные реакции в зонах реактора (с подвижным уплотненным слоем сырья). где ЛН характеризует высвобождаемое (минус) или поглощаемое (плюс) тепло при образовании соединения; +ЬН-эндотермическая реакция, — ЛН -экзотсрмнческая реакция. Условия равновесия в зоне зависят от температуры и давления. Степень приближения к равновесию зависит от взаимодействия твердых и газообразных веществ и времени пребывания сырья в реакционной зоне. Например, реакция (б) является экзотермической реакцией водорода с углеродсодержащим веществом. Количество образующегося СН за- 4 висит от температуры и давления, при которых происходит реакция; высокое давление и низкая температура способствуют образованию СН4.
(10) СО2 + 1/2О2 2а СО2, Нз + 1/2О2 2а Н2О, СО2 + Нз ги СО + Нг(-1* (12) и эта обратимость с повышением температуры возрастает; равновесие В зоне окисления углеродсодержашее вещество окисляется кислородом воздуха, образуя СО . Эта экзотермическая реакция имеет существенное значение для обеспечения тепла, необходимого для завершения реакций в зонах восстановления, пиролиза и сушки. Поскольку какая-то часть углеродсодержащего сырья используется для сгорания, к.п.д, газификации, рассчитанный без учета физического тепла топливного газа, редко превышает 70',"„. Однако тепловой к.п.д.
газификации, в процессе которой получаются пиротопливо и углистое вещество, как правило, больше 70'„', Реакция окисления С + О -4 СО протекает очень быстро и строго ограничена массопереносом. Хорошо спроектированный газификатор имеет довольно узкую и глубокую (7,6 — 12,7 см) зону горения. В некоторых случаях к воздуху добавляется водяной пар и получают водяной газ: С ч- Н,Π— СО ч- Н,. При конденсации водяных паров эта реакция является в какой-то мере экзотермической, в противном случае пар не конденсируется. Мы имеем дело с эндотермической реакцией. Протекание реакции Н,О - Н, <- (172)О2 зависит от температуры.
В связи с тем что количество воздуха, нагнетаемо~о в зону окисления, меньше, чем требуется для протекания соответствующей реакции, образузощнеся в газнфнкаторе продукты сгорания содержат небольшое количество кислорода или не содержат его вообще. В результа~е в зоне создается бескислородная среда, т, е, условия, благоприятные для протекания пиролиза.
В процессе пиролиза сырье, содержащее углерод, термически разла~ается в бескислородной среде с образованием топливного газа, который может. иметь низкую или среднюю теплоту сгорания. Тепдо к сырью обычно подается непосредственно (рнс. 1). Однако в последнее время переработка твердых отходов иногда ведется по технологии, предусматривагошей сгорание сырья при ограниченном количестве воздуха (кислорода). Типичным примером такой технологии является процесс Апс(со Тоггах. Вместе с тем технология переработки твердых отходов, предложенная фирмой ООСЫеп1а1 йеэеагсЬ, по существу также сводится к пиролизу. Продуктами сгорания части сырья являются СО,, Н,О, )н)2 и избыточное количество О,.
В газовом потоке содержатся СО,, СО, Н,. СН,, С,Н4, СзНС, 1')Нз, Нзэ, 1'(2, Н,О, пары смолы и низкомолекулярных органических жидкостей 11). Состав получаемого топливного газа зависит от степени равновесия протекающих реакций. Обычно все реакции горения обратимы: 225 Часть И Пример. Преллоложим, что из опрелелеиной зоны газификатора, в которой реакции практически завершены, берется проба газа. Прн этом измеряются температура и содержание влаги в газе.
Исходя из состава сухого газа (табл. 1) и содержания в ием влаги, можно вычислить фактический объем влажного газа что в свою очередь позволяет определить константу равновесия для реакцив образования воляного газа (СО, +На — СО + НгО): об " (СО ' Н гО) (13) (15а) (14) Зная константу равновесия реакции, можно контролировать температуру (рис. 10). Если предположить, что проба газа содержит 10~,' НгО, то можно определить состав влажного газа путем деления каждого показателя для сухого газа на величину 1,1.
Рассчитанный состав влажного газа приведен в табл. 2. Со«среди«а об.н иа стхос мс«ситес Седан«адис, об.н «а ст«ое Косова«та веси«стиг 1 [г 49,8 Ог 0,2 Другие 0,3 углеводороды 10,9 19,8 18,2 со СО н СН, 0,8 Таблица 2. Типичиьл[ состав влагкного газа Об, И иа влад«ее «свистит Кои«с«сити Константа равновесия определяется по формуле ~СО~ ~НгО~ 1, „) ~СОД[НД 9,9 х!6,54 ! г-гр (1 56) любой реакции горения может быть сдвинуто путем изменения температуры нли давления.
Концентрация реагирующих газов может быть выражена через парциальное давление каждого газа. Для трех приведенных реакций константа равновесия соответственно равна (Н,О) (Н,НО,)гг (СО,) Сот (Н,ОЦСО) К да я тат (СО )(Н ) (1Я Константы равновесия (рис. 10) могут быть использованы для выяснения роли температуры, давления, влажности сырья, отношения горючего к окислнтелю, а также для прогнозирования степени диссоциации газов в реакции и оценки достигнутого равновесия. аяг бгг бх2б бяхз гахр трбб гбао граб Грмттериптуда. 'С Рис. !О.
Константы равновесна реакпий. [со)' [го)[н о) к, - — —,с е со, - гсо; к, = — — - — ', со, + и, =- со е н,о; [со,) ' ' ' [со,) [й)' [сг!.1 [сн.)[н,о) к, - — — ",, с е гн, - сн.; к. = — — --* —, со + гн, = сн, + н,о. [н,)уп' * [го)[н,)' ' Способы получения энергии кз биомассы Таблица 1. Типичный состав сухого газа со СО н СН Нг о Другие углеводоролы но 9,9 18,0 16,54 0,73 45,27 0,18 0,28 9,1 Часть И Способы получения энергии из биомассы Из рис. 10 видно, что такому показателю К соответствует температура 440,6'С. Если температура на самом деле равна, например, 5!О", т.е. выше расчетной, то реакция ие достигла равновесного состояния.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
