» » Газообразное топливо
03.06.2015

На заводах цветной металлургии довольно часто применяется генераторный газ, в редких случаях — коксовый и нефтяной газ; в ближайшее время будет осуществлено питание ряда предприятий природным газом.
Превращение твердого топлива в очищенный и охлажденный генераторный газ требует существенных капитальных затрат, а также связано с трудностями очистки ядовитых фенольных вод, сброс которых запрещен. В тех случаях, когда можно отапливать печи горячим неочищенным газом капитальные затраты уменьшаются, а эксплуатация станции становится проще.
Типичные составы 2 газовых топлив, по А.И. Корелину и Н.В. Шишакову, помещены в табл. 3. Критический разбор свойств газового топлива приведен в труде автора, здесь же в кратком виде изложены лишь пять основных положений.
1. С позиций металлургии, стремящейся иметь топливо, обеспечивающее высокие температуры сгорания при простейшей технике сжигания, генераторный газ обладает тем недостатком, что при прочих равных условиях он всегда характеризуется меньшей теоретической температурой сгорания, чем исходное твердое топливо. Объясняется это тем, что часть тепловой энергии топлива теряется при газификации и очистке газа (потеря тепла генератором наружу и на парообразование, теплосодержание смол и пыли, физическое тепло, отнимаемое при очистке и охлаждении газа), тогда как объем продуктов сгорания, отнесенный к 1 кг газифицируемого топлива, остается неизменным. Все эти потери компенсируются отчасти тем, что газ можно сжигать с меньшим избытком воздуха, а также подогревать перед сжиганием в регенераторах или рекуператорах, но все же проще и выгоднее использовать твердое топливо в виде пыли (а не генераторного газа), если технологический процесс не боится уноса золы, а конструкция печи рассчитана на это.
Показательно, что теоретические температуры сгорания отдельных видов очищенного холодного генераторного газа при отсутствии избытка воздуха (α = 1,0) близки: газ из антрацита (Qнс = 1200 ккал/нм3) 1690°, газ из донецкого угля Г (Qнс = 1400 ккал/нм3) 1705°, а газ из торфа (Qнс= 1480 ккал/нм3) 1750°, тогда как при том же значении а и непосредственном сжигании твердых топлив в слое температура составила бы соответственно 2010; 1980 и 1780° [8].
Природный газ, состоящий в основном из метана, обеспечивает высокие температуры сгорания (tтеор = 1980/2000° при α = 1,0), почти не уступая в этом отношении мазуту (tтеор = 2050°). Такими же свойствами обладают нефтяной газ (от пиролиза) и коксовый, также обеспечивающие высокий температурный уровень процесса (tтеор равна 2200 и 2020°). При отсутствии устройств для подогрева газа и воздуха, усложняющих все же конструкцию и эксплуатацию печи, отмеченное преимущество газового топлива очевидно.
2. Высокая температура сгорания газового топлива еще не обеспечивает интенсивной передачи тепла шихте или металлу. Необходимо также, чтобы пламя хорошо светилось, т. е. имело большой коэффициент лучеиспускания σфак или, что то же, значительную степень черноты афак. Последняя зависит:
а) от состава продуктов сгорания, т. е. содержания в них трехатомных лучеиспускаюших газов (СО2, Н2О, SO20), температуры, размеров и формы газового факела;
б) от присутствия в газах мельчайших частиц сажистого углерода (диаметром 0,015—0,1 мк), получающихся в результате крекинга углеводородов, входящих в состав газового топлива.
Крекинг получает в той или иной степени развитие в зависимости от содержания углеводородов в газе и методов его сжигания. Так, например, природный газ при различных горелочных устройствах может дать пламя со степенью черноты от афак = 0,2 до aфак = 0,9, что существенно отражается на производительности печи. Если топливо содержит мало тяжелых углеводородов СnНm, то пламя можно сделать более светящимся (карбюрировать), вводя в него небольшие количества смолы, угольной пыли или мазута. В некоторых случаях удается повысить степень черноты факела за счет крекинга метана, содержащегося в газовом топливе, что связано со специальными приемами сжигания. Таким образом, газовые топлива, содержащие в своем составе тяжелые углеводороды (или не очищенные от смол), легче обеспечивают хорошую теплопередачу в печи.
3. Газовое топливо должно быть чистым от физических примесей (золы, угля, сажи), смоляных и водяных паров, так как они засоряют трубопроводы, горелки, регулирующие и измерительные устройства. Оно должно быть очищено от сероводорода и сернистого ангидрида, вредных для нагреваемого или расплавляемого металла, а также для металлических элементов печи, котла-утилизатора и рекуператора. В числе других имеется метод очистки и осушки газа от Н2S, SO2 и СО2 с помошью этаноламинов и диэтиленгликоля, повышающий теплотворную способность газа и позволяющий получать элементарную серу.
4. В газовом топливе должно содержаться по возможности минимальное количество компонентов, опасных для обслуживающего персонала; желательно, чтобы оно имело природный запах, сигнализирующий об утечках, так как в этом случае отпадает надобность в одоризании газа, что осуществляется обычно при помощи сильно пахнущих веществ, например этилмеркаптана.
Наименее опасен природный газ, поскольку он состоит в основном из метана, вызывающего при вдыхании асфиксию (удушье). Тяжелые углеводороды тем опаснее, чем больше их молекулярный вес. Поэтому «жирный» природный газ опаснее «сухого». Наиболее ядовиты газы, содержащие окись углерода (генераторные, доменные), так как наличие последней в воздухе в 0,025% уже отравляет человека; сказанное относится и к цианистому водороду — синильной кислоте. Сероводород вызывает смертельный исход при содержании его 0,1%. но легко проявляет себя характерным запахом.
Из сказанного видно, что культура применения газового топлива должна быть на достаточно высоком уровне.
5. На методы сжигания газового топлива влияют также такие его свойства, как нижний и верхний пределы горючести газо-воздушной смеси lx и lv %. и максимальная скорость равномерного (не детонационного) распространения пламени Sz2.
Наиболее широкие пределы горючести (lx= 6,2%, ly = 71,4% газа и смеси) имеет водород, наименьшие (lx = 1,4%, 1у = 8%) — пентан С5Н12. Соответственно отличаются и величины составляющие 4,83 и 0,82 м/сек3.
Чем шире пределы горючести газо-воздушной смеси, тем легче регулировать производительность газовой горелки, не опасаясь срыва факела, но тем вероятнее образование в помещении цеха взрывоопасных смесей при утечках.
При горелках внутреннего смешения более высокие значения Sz заставляют работать с большими скоростями истечения.