ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Сжигание газовоздушной смеси с недостатком окислителя (неполное горение) из "Расчеты аппаратов кипящего слоя" Формула (4.10) Пригодна лишь для металлов (Ре, Си, Ni) и оксидов, термодинамическое сродство которых с кислородом меньше, чем у углерода, т. е. не окисляющихся оксидом углерода СО. [c.202] При сжигании природного газа (метана) с сухим воздухом значение аме для первых двух из написанных реакций возрастает от 0,47 до 0,51 и от 0,53 до 0,85, соотвегственно, при увеличении температуры от 600 до 900 °С. РсгОз восстанавливается до Рез04 практически при ав = 1. Неравновесные продукты сгорания при том же значении ав обладают большей окисляющей способностью, чем равновесные. [c.202] Скорость реакции метана с кислородом значительно больше, чем с образующимися в этой реакции продуктами полного сгорания (СО2 и Н2О), поэтому при температурах выше 850—900 °С в режимах с ав 1 кислород и соответствующее количество метана исчезают на небольшом расстоянии (300—100 мм) от газораспределительной решетки, а выше состав газа меняется мало, но остается далеким от равновесного. [c.202] Пунктирными линиями обозначен равновесный состав, сплошными — опытные данные для температур /—950 °С 2 —900 °С 3 —850 °С. [c.203] Резкое увеличение скорости конверсии углеводородного газа водяным паром и СО2, являющейся лимитирующей стадией при достижении равновесия, можно получить применяя никелевый катализатор. [c.204] Из рис. 4.7 следует, что в КС каталатически активных частиц даже при /кс== 850°С состав газа на расстоянии 200—300 мм от выходных отверстий в колпачках практически совпадает с термодинамически равновесным. С увеличением температуры высота зоны стабилизации существенно уменьшается в связи с увеличением скоростей реакций. Размеры зоны стабилизации сокращаются и с уменьшением скорости продуктов сгорания, что связано с понижением объемных напряжений на катализатор, а, возможно, также и с уменьшением доли газа, проскакивающего в виде пузырей, где условия его тепло- и массообмена с каталитическими твердыми частицами значительно хуже. [c.204] Используя КС активных частиц, авторы работы [12] создали промышленный генератор защитных атмосфер — аппарат, предназначенный для получения защитного газа (при нагреве металла) путем конверсии углеводородного газа. Углеводородный газ из сети (рис. 4.8) поступает в смеситель 14, куда газодувкой 13 с электроприводом 12 подается в заданной пропорции засасываемый через фильтр 11 воздух. Газовоздушная смесь поступает в трубы 2 камеры сжигания, сгорает в них и обогревает реакционную зону. Продукты сгорания охлаждаются и частично осуши-ваются в скруббере 8, засасываются газодувкой 10 и подаются в смеситель 15, куда поступает в заданной пропорции углеводородный газ из сети. Смесь продуктов сгорания с углеводородным газом попадает под газораспределительную решетку 9 реактора 1 и затем псевдоожижает слой катализатора. В реакционной камере 7 протекают реакции конверсии углеводородного газа водяным паром и СО2, содержащимися в продуктах сгорания. Готовый газ, пройдя сепарационную зону 6 и двухъярусный огнеупорный свод жалюзийного типа 5, поступает через коллектор 4 в холодильник 3, где в результате резкого охлаждения фиксируется его состав. [c.204] В работах [13 14] исследовано сжигание природного газа в неподвижном слое никелевого катализатора ГИАП-3, в котором псевдоожижался инертный мелкозернистый материал (корунд). Катализатор представлял собой цилиндры высотой и диаметром, соответственно, от 12—11 до 14—15 мм (высокотемпературный катализатор имел центральное отверстие). В небольших установках катализатор загружали непосредственно в камеру и сверху прижимали решеткой с большим живым сечением, чтобы предотвратить его всплывание. В промышленных установках его помещали в камеры в специальных кассетах из жароупорной стали. [c.205] Между газораспределительной решеткой и катализатором помещали слой алундовых шаров (диаметром 20 мм) высотой 50— 60 мм, в котором газовоздушная смесь прогревалась до температур, безопасных с точки зрения зауглероживания катализатора. [c.205] Для промышленной эксплуатации можно рекомендовать применение насадки из частиц катализатора размером 15—20 мм высотой (в зависимости от температуры) 100—200 мм с подушкой из инертного материала высотой 50 мм, затопленных кипящим слоем. При 800—1100°С насадка обеспечит получение равновесных продуктов сгорания практически при всех скоростях псевдоожижения, применяемых при использовании корундовых частиц размером 0,32—0,4 мм и мельче в качестве псевдоожижаемого материала. [c.206] Указанные рекомендации были проверены на опытно-промышленной установке с КС для термической обработки деталей шатунной группы, описанной в работе [4]. В камере нагрева установки на колпачковом газораспределителе были размещены кассеты со слоем катализатора ГИАП-3 высотой 150 мм. Состав газа был равновесным во всем диапазоне коэффициентов расхода воздуха, представляющем интерес с точки зрения безокислительного необезуглероживающего нагрева стальных изделий (рис. 4.10). [c.206] На рис. 4.11 показано распределение температур по высоте промышленного генератора защитных атмосфер с насадкой из крупных неподвижных активных частиц [4]. Он представляет собой обогреваемую снаружи цилиндрическую реторту, заполненную катализатором на высоту около 1 м. Под слоем катализатора предусмотрено пустое пространство высотой около 0,35 м, в котором часть метана, сгорая с кислородом до СО2 и Н2О, выделяет теплоту, достаточную для разогрева всей смеси до 1050—1100°С. Выше, в слое активной насадки, образовавшиеся СО2 и Н2О реагируют с остальным метаном, образуя СО и Н2. Эти реакции сильно-эндотермичны, поэтому температура по высоте эндогенератора падает, несмотря на подвод теплоты от стен. Поскольку процесс ведут при в OI (чтобы в получаемом эндогазе практически не было окисляющих СО2 и Н2О), снижение температуры ниже 800 °С приводит к образованию сажи, выделяющейся в порах катализатора и вызывающей его разрушение. Выравнивание температурного поля является для этих генераторов жизненно важной задачей. [c.206] Концентрацию Н2О определяли расчетом по балансу. Сплошными линиями обоз1 чено авновесное содержание, точками—экспериментальные данные / —Нг —N 3 — Ск). 4 — 2О 5 —СО2 6 — СН . [c.207] Из рис. 4.11 следует, что псевдоожижение корунда 0,4 мм в порах насадки позволяет увеличить минимальную температуру в генераторе примерно на 50°С и выйти из опасного рубежа температур ниже 800 °С. [c.207] Еще лучших результатов удается достигнуть, разбивая активную насадку на несколько зон по высоте. В этом случае зазоры между зонами заполняются обычным КС, высота зон получается небольшой, и все это резко выравнивает поле температур. По крршым 3 на рис. 4.11 видно, что организация всего двух зон высотой 120 мм (нижняя) и 350 мм (верхняя) с зазором между ними, равным 0,3 м, позволяет получить температуры во всем объеме, превышающие 950 °С. [c.207] Пример 4.2. Рассчитать камеру нагрева агрегата КС для термообработки (патентирования) проволоки. [c.208] Проходной агрегат предназначен для патентирования проволоки из стали У8А диаметром д = 3 мм [4]. Процесс патентирования заключается в нагреве проволоки до /д = 920 °С, выдержке ее в течение Ат = 6 с и быстром охлаждении (изотермической закалке) в ванне с определенной температурой. Опыты показали, что нужную скорость охлаждения можно получить, используя в качестве охлаждающей среды КС корунда с размером частиц = 100 мкм. Поскольку ванна охлаждения сообщается с камерой нагрева, в последней в качестве промежуточного теплоносителя используем тот же корунд. Нагрев должен быть безокислительным. Камера нагрева имеет в плане форму, изображенную на рис. 4.12, и предназначена для 24-х ниток проволоки, протягиваемых непрерывно в продольном направлении. Природный газ сжигают в первой зоне при в = 1,15. Во второй зоне для получения безокислительной среды организуется двухступенчатое сжигание газовоздушная смесь с в = 0,4, подаваемая через колпачки, сгорает в кассетах с катализатором, затопленным КС, обогревает проволоку, движущуюся над кассетами, и догорает над сло м с подаваемым в зону всплесков вторичным воздухом. Выделяющаяся при этом теплота транспортируется в зону нагрева проволоки интенсивно циркулирующими частицами. Скорость проволоки определяется конструкцией намоточно-размоточного устройства и составляет гi дeт = 0,2 м/с. В качестве топлива используется природный газ Бухарского месторождения с низшей теплотой сгорания в сухом состоянии = 36,4 МДж/м Состав газа Ссщ = 95,66 % Сс Нв = СзНв = 0.19 = 2 = 0-04% С ,= 1.0 0/о Ссо = 0.2%. [c.208] Температуру КС в камере принимаем /кс = 950°С. Температуры проволоки /д, природного газа iг и воздуха. на входе в агрегат принимаем равными 20 С. [c.208] Расчет ведется в такой последовательности. [c.209] Вернуться к основной статье