Аналогичные изменения содержания Н2 и СН4 в продуктах неполного горения можно проследить и при более высокой температуре подогрева воздуха. Так, при температуре подогрева воздуха до 600—750° и коэффициенте расхода воздуха 0,45 по мере удаления печных газов от горелочного туннеля содержание водорода увеличилось от 16,6 до 17,5-20,0%, количество метана уменьшилось, однако содержание СО при этом изменилось мало. При коэффициенте расхода воздуха 0,4 и тех же температурных условиях содержание водорода увеличилось с 16,2-17,9% до 18,8-19,5%, содержание метана уменьшилось с 4,5% до 3,4%, а содержание окиси углерода также практически не изменилось.
Таким образом, при воздухе, подогретом до 400°, состав продуктов неполного горения при движении газов на начальном участке меняется за счет уменьшения количества метана и увеличения содержания водо¬рода и окиси углерода. При более высоком подогреве воздуха состав продуктов неполного горения изменяется аналогичным образом, за ис¬ключением окиси углерода, содержание которой в этом случае остается практически неизменным.
Большое количество проведенных анализов проб, взятых в начале и конце второй зоны, показывает, что при движении печных газов вдоль этой зоны печи наблюдается устойчивая тенденция к уменьшению содержания горючих составляющих продуктов неполного горения водорода, окиси углерода и метана с одновременным увеличением содержания углекислого газа и расчетного количества водяных паров. В связи с этим, в этой зоне наблюдалось уменьшение отношений.
Интересно отметить также и то обстоятельство, что расчетный коэффициент расхода воздуха, вычисленный по составу газообразных компонентов продуктов неполного горения, увеличивается по мере продвиже¬ния газов по длине второй зоны печи и уменьшения их температуры.
Во время всех опытов печь находилась под значительным давлением (до 10 мм вод. ст.) и была геометрически закрыта, что исключало подсос наружного воздуха. Выходящая из горелки газовоздушная смесь быстро сгорала, и поэтому свободного кислорода практически не было уже в непосредственной близости от горелочного туннеля. Повышение коэффициента расхода воздуха может быть объяснено тем, что содержание какого-то компонента продуктов горения, который не учитывался при расчете коэффициента расхода воздуха, изменилось по мере продвижения газов по длине печи. Таким компонентом, по-видимому, является сажистый углерод, содержание которого по мере продвижения газов в печи увеличивается, что можно было установить визуально.
Зная теоретическое количество кислорода при и из¬менение коэффициента расхода воздуха продуктах неполного горения по мере, их перемещения по длине печи, можно определить количе¬ство выделившегося углерода по формуле:
Выполненные расчеты для проб газов, взятых из зон высокой и низкой температуры печи, показали, что разница между коэффициентом расхода воздуха, вычисленным для зоны низких температур и коэффициентом расхода воздуха для зоны высоких температур, для разных пар анализов составляла от 0,035 до 0,082, что соответствует изменению содержания или выпадению сажистого углерода в пределах от 6,2 до 13,4 г/м3 сухих продуктов горения.
Анализ результатов проведенных опытов показывает также, что с повышением максимальной температуры и увеличением перепада температур по длине камеры изменение содержания сажистого углерода увеличивается. Средние изменения количества сажистого углерода при движении продуктов неполного горения вдоль печи при полученных двойных анализах составляют при температуре в зоне высоких температур при 1200° —5,0 г, при 1300°— 10,5 г и при 1400°— 17,0 г на м3 сухих продуктов горения. Таким образом, с увеличением температуры в районе первого анализа, являющегося местом максимальных температур, увеличивается изменение содержания сажистого углерода по длине печи. Колебания температур в хвостовой части опытной печи от 430° до 870° практически не влияли на изменение содержания сажистого углерода. Выпадение сажистого углерода при движении продуктов неполного горения вдоль печи и понижения их температуры не могло произойти за счет разложения метана по реакции:
Так как с повышением температуры равновесие этой реакции смещается в сторону уменьшения количества метана и увеличения выделения сажистого углерода. Поэтому при понижении температуры дополнительного разложения метана не может произойти. (В данном случае разбирается только вопрос изменения состава продуктов неполного горения по длине печи и не рассматривается термодинамический анализ выпадения сажистого углерода при разложении метана и высокотемпературной зоне печи).
Выпадение сажистого углерода при движении продуктов неполного горения вдоль печи и понижения их температуры может быть объяснено выделением сажистого углерода по реакции:
что и позволяет объяснить причину увеличения коэффициента расхода воздуха в продуктах горения по мере продвижения их вдоль печи.
В зоне высоких температур в продуктах неполного горения московского городского газа при интересующих нас коэффициентах расхода воздуха содержание СО и СО2 таково, что отношения 
меньше константы равновесия этой реакции 
для этих температур.
Следовательно, при этих условиях выделения сажистого углерода по той реакции не может произойти. С уменьшением температуры константа равновесия становится меньше. Поэтому при понижении температуры печных газов возможно выпадение сажистого углерода, вследствие реакции 
На графике (рис. 2) дана кривая отношений в зависимости от коэффициента расхода воздуха, вычисленная по анализам продуктов неполного горения, взятых из высокотемпературной зоны печи. На этом же графике приведена зависимость константы равновесия этой реакции от температуры. [1]. По графику можно определить, при каких температурах начнется выделение сажистого углеродаиз продуктов неполного горения. График изменения температур начала выпадения сажистого углерода в зависимости от коэффициента расхода воздуха представлен на рис. 2. Как видно из этого графика, выделение сажистого углерода должно начаться для случая коэффициента расхода воздуха 0,5 при 360°, для а=0,4 при 890° и для а=0,3 при 940°.
Несмотря на то, что при понижении температуры значение отношения уменьшается в продуктах неполного горения при их движении вдоль печи, это отношение не соответствует условиям равновесия для данной температуры. Например, при температуре в конце печи 750-850° это отношение равно 20-30,хотя из условий равновесия величина этого отношения должна быть гораздо меньше.
Как было сказано выше, одной из задач исследования являлось изучение влияния смешения газа и воздуха на состав печной атмосферы при неполном горении. При проведении этих опытов различные условия смешения получали путем изменения в горелке положения газового сопла относительно воздушного канала.
Зависимость состава продуктов неполного горения при плохом и хорошем смешении показана на рис. 4 и рис. 5. Анализ полученных результатов показывает, что ухудшение смешения газа и воздуха приводит к увеличению содержания метана при одном и том же коэффициенте расхода воздуха. Причем эта разница особенно заметна при коэффициентах расхода воздуха меньше 0,5. Так, при а=0,4 ухудшение смешения приводит к увеличению содержания метана от 2,8 до 3,8%, а при а=0,45 от 1.9% до 2,7%. Ухудшение смешения приводит также к увеличению содержания в продуктах неполного горения и уменьшению содержания СО и Н2. Например, при коэффициенте (расхода воздуха 0,5 ухудшение смешения газа и воздуха привело к увеличению содержания СО2 от 3,6% до 4,1% и к уменьшению содержания Н2 от 17,8 до 15,75%. При коэффициенте расхода воздуха 0,45 ухудшение смешения привело к увеличению содержания СО2 с 3,6% до 4,2% и к уменьшению содержания СО от 11,0% до 10,1% и Н2 от 18,2% до 17,1%.
Такая же тенденция в изменении содержания СН4, СО и Н2 в продуктах неполного горения при ухудшении смешения газа и воздуха наблюдалась и при сжигании газа с другими коэффициентами расходов воздуха.
Расчетные цифры содержания Н2О в продуктах горения при различных коэффициентах расхода воздуха и различных смешениях газа и воздуха показывают, что с ухудшением смешения увеличивается содержание водяных паров в продуктах неполного горения (см. рис. 5). Так как ухудшение смешения вызывает увеличение содержания СО2 и Н2О и уменьшение количества Н2 и СО, то можно сделать вывод, что при одних и тех же коэффициентах расхода воздуха ухудшение смешения газа и воздуха приводит к ухудшению способности атмосферы обеспечивать безокислительный нагрев и к смещению границы безокислнтельного нагрева к областям меньших коэффициентов расхода воздуха.
При проведении настоящей работы основное внимание обращалось на изучение влияния различных факторов на состав продуктов неполного горения. Угар металла специально не исследовался, но почти при каж¬дом опыте производился нагрев образцов из стали марки Ст.3 для определения состояния поверхности металла. Кроме того, были проведены контрольные опыты с целью определения коэффициентов расхода воздуха, при которых наступает резкое уменьшение угара металла. Полного прекращения угара металла наблюдать не удалось, однако практически безокислительный нагрев наступал при коэффициенте расхода воздуха, равном, примерно, 0,5.
1. При движении продуктов неполного горения на начальном участке печи в области высоких температур их состав меняется за счет уменьшения количества метана и увеличения содержания водорода и окиси углерода.
2. При движении продуктов неполного горения вдоль остальной части печи, характеризующейся понижением температуры, наблюдается устойчивая тенденция к уменьшению горючих составляющих продуктов неполного горения — водорода, окиси углерода и метана с одновременным увеличением содержания углекислого газа и водяных паров.
3. Изменение состава продуктов неполного горения с увеличением расчетного коэффициента расхода воздуха при их движении вдоль печи объясняется выделением из продуктов неполного горения сажистого углерода.
4. Ухудшение смешения газа и воздуха приводит к уменьшению со¬держания окиси углерода и водорода и увеличению содержания метана, углекислого газа и водяных паров с соответствующим уменьшением значении отношении в продуктах неполного горения при одинаковых коэффициентах расхода воздуха.
А. А. Введенский. Термодинамические расчеты процессов топливной промышленности, Гостоптехиздат, 1949.
ДонНТУ > Портал магистров ДонНТУ > Биография || Автореферат || Библиотека || Ссылки || Отчет о поиске ||Индивидуальное задание