Газообразное топливо

Газообразное топливо по сравнению с жидким и твердым имеет ряд преимуществ, главные из которых: более простое смешение горю­чего и воздуха, позволяющее проводить сжигание газа с меньшим из­бытком воздуха; легкость транспортировки; простота обслуживания печей, работающих на газе. Все это приводит к тому, что газообразное топливо становится преобладающим. Газообразное топливо бывает естественное и искусственное. Естественными видами газообразного то­плива являются природный газ и попутный газ, который улавливают при добыче нефти. Искусственными видами газообразного топлива яв­ляются коксовый и доменный газы, получаемые соответственно при коксовании угля и при доменной плавке. Кроме того, к искусственным относятся генераторные газы, которые в последние годы полностью вышли из употребления на предприятиях черной металлургии.

Природный газ. Природный газ — наиболее дешевое топливо. Себе­стоимость его значительно ниже себестоимости угля и нефти.

Природный газ основных месторождений СССР состоит главным образом из метана и содержит небольшой процент его гомологов. Со­держание в нем балласта (N₂ и СО₂) невелико. Важно отметить, что природный газ большинства месторождений Советского Союза не со­держит сероводорода и других сернистых соединений (табл. 3).

В связи с ростом добычи и переработки нефти соответственно воз­растают ресурсы нефтепромысловых газов, добываемых попутно с нефтью. Нефтепромысловые газы отличаются от природных чисто га­зовых месторождений большим содержанием гомологов метана (этана, бутана и др.) и соответственно более высокой теплотой сгорания.

Таблица 3. Примерный состав сухих природных газов некоторых месторождений СССР

Искусственное газообразное топливо. Коксовый газ, получаемый при коксовании углей, играет очень важную роль в.топливном балансе металлургических заводов. В табл. 4 приведен состав коксового газа.

Колебания в содержании отдельных компонентов объясняются раз­личием в составе коксуемых углей, температурах и режимах коксо­вания.

Доменный (колошниковый) газ получают в больших количествах (около 3 м³ на 1 кг чугуна) в процессе доменной плавки. На метал­лургических заводах доменный газ играет существенную роль в тепло­вом балансе, на его образование расходуется свыше 40 % теплоты сгорания кокса, загруженного в доменную печь. Доменные воздухона­греватели, печи коксовых и прокатных цехов в большей или меньшей мере отапливают доменным газом в смеси с коксовым или природным газом. Средний состав доменного газа ( =3500 ¸ 3800 кДж/м³): 9 — 14% СО₂, 25 — 31% СО, 0, 3 — 0, 5% СН₄, 2 — 3% Н₂, 57 — 58% N₂.

Генераторные газы представляют собой продукты безостаточной газификации твер­дого горючего. Газификация может быть проведена при помощи кислорода, вводимо­го с воздухом, или водяного пара. Аппара­ты, в которых твердое топливо превращает­ся в газообразное, называют газогенерато­рами, процесс газификации — газогенера­торным.

На рис. 41 изображена схема газогене­ратора, который представляет собой шахту — железный кожух, изнутри футерован­ный огнеупорным кирпичом. Топливо загру­жают в газогенератор сверху через загрузоч­ное устройство. Дутье (воздух, водяной пар) поступает снизу под колосниковую решетку). Образующиеся золу и шлак удаляют снизу. Полученный генераторный газ отводят из верхней части генератора над слоем топлива.

Воздух попадает в слой раскаленного кокса и вступает в реакцию с углеродом;

С + О₂ = СО₂.

Двуокись углерода и образующийся в результате испарения влаги топлива пар, захватываемые газовым потоком, восстанавливаются уг­леродом раскаленного кокса в окись углерода и водород:

СО₂ + С = 2СО и Н₂O + С = СО + Н₂.

Высокие температуры в зоне реакций воздушного газогенератора обусловливают ряд трудностей при проведении процесса.

Понижение температуры в зоне реакций, следовательно, и пониже­ние температурного уровня процесса во всем газогенераторе могут быть достигнуты совмещением воздушной и водяной газификации. В этом случае параллельно с экзотермическим процессом образования воздушного газа развивается эндотермический процесс газификации водяным паром. Регулирование развития того и другого процесса, до­стигаемое изменением соотношения воздуха и пара в смеси, поступаю­щей в слой, позволяет непрерывно поддерживать температуру комп­лексного процесса на желательном уровне. Такая схема работы приво­дит к образованию смешанного газа. Этот вид газификации топлива наиболее распространен в промышленности, так как по схеме работы и конструкции устройства он близок к воздушной газификации, а по качеству получаемого газа ее превосходит.

Состав смешанных генераторных газов приведен в табл. 5.

Таблица 5. Состав смешанных генераторных газов, % (объемн.)