Физико химические процессы происходящие в горелке ГВТТ.

От технологии до изделия
Аватара пользователя
kga079
Сообщения: 23
Зарегистрирован: 28 дек 2017 04:58
Благодарил (а): 15 раз
Поблагодарили: 10 раз

Re: Физико химические процессы происходящие в горелке ГВТТ.

Сообщение kga079 » 29 авг 2019 06:28

sergey70 писал(а):Водород - как топливо
Водород. Вторым по значению компонентом топлива является водород. Его. содержание в горючей массе различных видов топлива (округ¬ленно) дано в табл. 14.
Таблица 14.ТАБЛИЦА
Изображение
При сгорании 1 кмоль газообразного водорода, с образованием во¬ды, выделяется 68 260 ккал тепла, т. е. 33 860 ккал на 1 кг газообразного водорода, при 3046 ккал на 1 м3 водорода при нормальных условиях (температура 0°С, давление 1 кгс/см2).
Следовательно, при сгорании I кг газообразного водорода выделяет¬ся в 4,2 раза больше тепла, чем при сгорании 1 кг углерода. Поэтому теплота сгорания топлива значительно возрастает с повышением содер¬жания в нем водорода. Так, теплота сгорания горючей массы кокса с минимальным содержанием водорода равна около 8000 ккал/кг, а теп¬лота сгорания мазута, состоящего примерно из 88% углерода и 12% водорода, — более 10000 ккал/кг. Теплота сгорания 1 кг метана, со¬стоящего из 75% углерода и 25% водорода, еще выше и равна — 12 000 ккал. (4.. М. Б. Равич 16стр.)
А Менделеев в свое время писал-
Очевидно, что производство воздуш¬ного газа много проще, чем водяного, а потому первый и рас¬пространился в промышленности весьма сильно, а второй лишь понемногу пробивает себе дорогу в приложениях для топок, хотя распространяется для освещения (после карбурирования и т. п. О разложении воды. Начнем с водяного газа, потому что здесь-дело проще. Но и оно усложняется тем обстоятельством, что для реакции Н2 О+ С = Н2 + СО требуется большой калиль¬ный жар, около 1000°, при низших же температурах происхо¬дит более или менее углекислоты и водорода по уравнению: 2Н2 + С = 2Н* + СО2; очевидно, что и водяные пары должны быть нагреты, как уголь, до 1000°, иначе они его охладят (охла¬ждение произойдет и без того, потому что, как мы видели, при реакции тепло поглощается), а потому все то тепло, которое затрачивается для предварительного нагревания воды и угля до 1000°, надо считать теряющимся при образовании водяного газа. А затратить приходится на каждый I г угля, по крайней мере, 2300 единиц тепла;* следовательно, превращая 1 г угля в водяной газ, приходится побочно расходовать на предваритель¬ное нагревание по крайней мере еще 1/2г угля (в действитель¬ности гораздо более). Газ же, происходящий при реакции, в кото¬рой участвует 1 г угля, будет весить (2+28): 12, или 2.5 г. В нем по объему будет содержаться 50% водорода и 50% окиси углерода, следовательно, по весу: 6.7%водорода и 93.3% окиси углерода, т. е. на I г реагировавшего угля 0.1675 г. водорода и 2.3325 г окиси углерода. Они, вполне сгорая, разовьют 5779 +5682 или около 11 460 единиц тепла (следовательно, Q=4584 для 1 г водяного газа, считая происходящую воду жидкою, а если она в парах Q= 4222, а если происходящая вода останется в виде паров (как это и будет в топке) — около 10 500 единиц тепла (в действительности, конечно, меньше).* А так как для побочного предварительного нагревания идет по крайней мере 0.5 г угля, то, присчитывая его, можно принимать, что на 1 г израсходованного угля получается в виде водяного газа топливо, дающее около 7000 единиц тепла. Реакцию образова¬ния воздушного газа прямо из угля и воздуха должно пред¬ставить, в параллель с предшествующей, так: СО = СО, и побочного расхода топлива здесь нет. Следовательно, на 1 г употребленного угля здесь образуется 28/12 или 21/3 г окиси углерода, которая, сгорая, после охлаждения дает 21/3 х 2436 = 5684 единиц тепла. Отсюда очевидно, что водяной газ представляет лучшую, чем воздушный газ, утилизацию теплоты угля. Если же расчесть степень жара, доставляемого горением обоих газов, то преимущество водяного газа станет еще более очевидным. Но для этого предварительно надо расчесть пре¬дельный состав воздушного газа, для чего (чтобы упростить рас¬чет) примем, что воздух содержит 23% по весу кислорода и 77% азота, следовательно на 1 г по реагировавшего угля пойдет 1!/$г кислорода и 4.463 г азота, или 5.8 г воздуха, и к 2% г окиси углерода прибавится около 4.46 г азота, т. е. в пределе воздуш¬ный газ будет содержать но весу около 34.3% окиси углерода и 65.7% азота (по объему будет тот же состав, потому что плот¬ности обоих газов одинаковы). Рассчитывая по способу, дан¬ному в § 9, получаем для такого воздушного газа жаропроизводительность XV, близкую к 1460°. * А так как водяной газ со¬держит около 6.7 весовых % водорода и 93.3% окиси углерода, то для него вычисляется' предельное XV около 1880°, т. е. гораздо более, чем для воздушного газа, и даже немного более, чем для чистого водорода (1827°). У водяного газа есть и еще одно очень важное 8 преимущество, зависящее от отсутствия в нем азота. При 0° и 760мм ] куб. м этого газа весит 672 г (по воздуху плотность = 0.52), следовательно может дать около 2837тыс. единиц тепла (или 2837 килограммовых единиц тепла) тогда как I куб м воздушного газа (разочтенного выше состава) весит 1256 г (плотность по воздуху около 0.962), следовательно, при горении даст 1256 х 835.5 — I 049 ООО единиц тепла (или 1049 килограммовых единиц тепла), т. е. при равных объемах почти в три раза менее греет и требует объемистых труб для своего провода.' Эти немаловажные преимущества водяного газа привлекли к нему лет 20 тому назад общее внимание, ему даже придали характерное название «газа будущего»,10 мно¬жество инженеров обратилось (особенно в Америке и Германии) к отысканию способов его удобного производства, стали строить заводы для его приготовления, пробовали употреблять на место воздушного газа для заводских топок — и кончили тем, что повсюду для отопления отдали практическое предпочтение воз¬душному газу по чрезвычайной простоте и верности его произ¬водства и даже по выгодности применения. Основная причина того, что водяной газ не удовлетворил возлагавшимся на него надеждам и его перестали пробовать применять на заводах (вместо воздушного газа), состоит в следующем: уголь, назна¬ченный для реакции, надо сперва сильно (примерно до 1000°) накалить, а для этого пропускать чрез него воздух (т. е. полу¬чать воздушный газ) — иначе в водяном газе будет много угле-кислоты; в то же время надо накаливать (сильно прогревать)
водяные пары и их пропускать чрез накаленный уголь, заменяя проходивший воздух, так что в одном и том же генераторе про¬исходят оба газа и их надо отдельно собирать, причем нельзя избежать ни взаимного смешения, из накопления побочно обра-зующейся массы воздушного газа, которому надо находить свое местное потребление,11 если требуется готовить толь¬ко водяной газ.12 Все это очень сложно и требует очень тщательного присмотра. При¬том для сколько-либо вы¬годного приготовления
водяного газа требуется очень богатое углеродом топливо (кокс, антрацит), тогда как воздушный газ весьма выгодно готовится из самых убогих видов топлива (например бурых углей, богатых золою, из хвойных шишек и т. п.), что одно уже заставляет предпочитать это топливо водяному газу. Все это приводит к тому, что в фабрично-заводском отношении водяному газу, по крайней мере доныне, нельзя приписывать какого-либо существенного значения в деле топки (он зато получил большое значение в деле освещения, как о том будет говориться при описании производства светильного газа), тогда как воздушный газ имеет его в высокой мере. Однако же вся история с водяным газом не пропала бесследно для практики отопления, так как подмесь этого газа к воздушному, возвышая качество послед¬него, готовится очень легко чрез посредство простой прибавки водяных паров к воздуху при производстве воздушного газа, что и составляет так называемый Даусоновский газ, который мы рассмотрим, познакомившись ближе с самим воздушным газом и его способами производства.'* Менделеев ср. 534
В этой горелке как раз и присущи условия для получения не только воздушного газа, но и водяного. Как и отмечалось раньше- температуры в пиролизном отсеке- достигают более 700гр., а на выходе, из этого отсека- температура поднимается до 900гр. Здесь и происходит спекание топлива из за того, что при таких температурах- топливо приобретает пластичность. Это последняя стадия пиролизации, в этом отделении- образуется кокс. Температуры до 1000гр. А между вертикальным слоем кокса и самой камерой сгорания- температуры поднимаются более 1300гр. По этому, влажность в этой горелке не является балластом, как в обычных топках,- а служит отличным топливом, в виде водяного газа.
виде водяного газа.
В этой горелке отлично сгорают зерноотходы после аэрации, которые просто под открытым небом пять месяцев под дождем лежали.
Более того, в этой горелке отлично горит топливо, которое перед подачей в пиролизный отсек- увлажнялось водой в отношении- на 1кг. топлива добавляли - 0,2кг воды. Процесс превращения воды в водяной газ Н2 О+ С = Н2 + СО – эндотермический. При повышенном содержании влаги- температура коксового слоя снижается, но в связи с тем, что в горелке не прямоточное горение, а в самой камере сгорания идет непрерывное вертикальное завихрение (кружение) продуктов сгорания, то, попадая в это завихрение- влажность (перегретый пар) не вылетает прямотоком в сопло, а продолжает кружить и пронизывать раскаленный кокс, который опять разогревается до температур более 1000гр.- происходит образование водяного газа. Вся камера сгорания и весь объем камеры дожига при этом- наполняются ослепительно желтым, характерным для сгорания водорода- цветом пламени .
Изображение
В саму камеру сгорания подается атмосферный воздух, который у нас на Украине, в зимний период- содержит влажность ~ 65-80%. При круговом завихрении та влага, равномерно смешиваясь с раскаленным метаном и проходя сквозь разогретый кокс- превращается в водородное топливо.
Эта реакция – промышленный процесс. В промышленности большое количество водорода получают именно из метана, добавляя к нему при высокой температуре перегретый водяной пар:
1) CH4 + H2O = CO + 3 H2
2) CO + H2O = CO2 + H2
В сумме этот процесс можно записать уравнением:
CH4 + 2 H2O = 4 H2 + CO2
Процесс горения метана СН4-заключается в реакции между метаном и кислородом, то есть в окислении простейшего алкана. В результате образуется двуокись углерода, вода и много энергии. Горение метана может быть описано уравнением: CH4 [газ] + 2O2 [газ] → CO2 [газ] + 2H2O [пар] + 891 кДж. То есть одна молекула метана при взаимодействии с двумя молекулами кислорода образует молекулу двуокиси углерода и две молекулы воды. При этом выделяется тепловая энергия, равная 891 кДж.
Кроме получения водяного газа, геометрия камеры сгорания- позволяет осуществлять восстановление горючего газа СО из двуоксида углерода СО2. Причем процесс этот- многоповторяем. Подвод воздуха позволяет создать внутрикамерное завихрение пирогазов в самой камере сгорания, по этому- прежде чем покинуть камеру сгорания- пирогазы кружат в самой камере, при этом происходит их тщательное перемешивание как с кислородом, который поступает через воздушный патрубок,- так и с парами влажности, которые содержатся в подаваемом воздуха, и с влажностью, которая образуется от сгорания метана, получаемого при пиролизе нашего топлива.
Скорость “сгорания” кокса при его использовании в виде ”катализатора” для эндотермических реакций- на много медленнее,- чем скорость его окисления кислородом, который поступает в топку с воздухом в обычных топах. Это и позволяет производить экономию топлива- как минимум в два раза,- не теряя при этом тепловую мощность горения. Все зависит от качества получаемого кокса из топлива, от содержания углерода в том топливе и от чистоты того топлива.

Всё это интересно и безусловно имеет место быть... Но...
Первично ускоряющее горение монооксида углерода действие паров воды...
Механизм горения СО.JPG

ускоряющее действие воды.JPG

И аналогичный механизм горения водорода
горение водорода.jpg

продолжение цепи.gif

константы скорости горения водорода.JPG
константы скорости горения водорода.JPG (82.6 КБ) 85 просмотров

цепные радикальные реакции.jpg

Аватара пользователя
kga079
Сообщения: 23
Зарегистрирован: 28 дек 2017 04:58
Благодарил (а): 15 раз
Поблагодарили: 10 раз

Re: Физико химические процессы происходящие в горелке ГВТТ.

Сообщение kga079 » 29 авг 2019 06:44

Правильно при горении СО -
Механизм горения СО.JPG

Аватара пользователя
kga079
Сообщения: 23
Зарегистрирован: 28 дек 2017 04:58
Благодарил (а): 15 раз
Поблагодарили: 10 раз

Re: Физико химические процессы происходящие в горелке ГВТТ.

Сообщение kga079 » 29 авг 2019 07:53

Ну а то,что останется от паров влажности, пришедшей в горелку из воздуха и та влажность, что присутствует в топливе, попадая на слой восстановления (кокс), та вступает в термохимическую реакцию с углеродом... выдавая водяной газ в факельный отсек...

Еще необходимо упомянуть о том, что высокая температура необходима для разложения углеводородов на простейшие элементы
СН4 = С+2Н2
Потому что присутствие углеводородов в смеси оказывает тормозящее действие на горение монооксида углерода...
1.JPG


Вернуться в «Высокотемпературная горелка ГВТТ»

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и 1 гость

Яндекс.Метрика