Определение основных размеров газогенератора
Производительность газогенератора определяется в зависимости от параметров двигателя, для питания которого он рассчитывается. Пусть D и S — диаметр и ход поршня, м; i — число цилиндров; n — частота вращения коленчатого вала; ηv — коэффициент наполнения. Расход газовоздушной смеси Qсм для четырехтактного двигателя составит:
где Qгаз — расход газа двигателем в м3/час; α — коэффициент избытка воздуха; L0 — теоретическое количество воздуха для сгорания газа, м3/м3:
Следовательно:
Из выражений (26.23) и (26.25) получим:
Данный расход газа отнесен к тем же физическим условиям, что и коэффициент наполнения γv.
Для приведения к нормальным физическим условиям служит следующее выражение:
где T0 и P0 должны быть взяты такими же, как температура и давление, принятые при определении ηv.
Расход твердого топлива двигателем определится из выражения:
Удельный расход твердого топлива составит:
где Ne — эффективная мощность двигателя.
Эффективная мощность двигателя Ne определяется методом теплового расчета. Коэффициент наполнения ηv для газогенераторных двигателей колеблется от 0,65 до 0,75. Расход топлива в эксплуатации будет менее расчетного, так как двигатель обычно работает на прикрытых дросселях. Для получения эксплуатационного расхода необходимо вводить поправку на степень использования мощности.
Переходим к определению основных размеров камеры газификации.
Основными размерами камеры газификации являются ее высота и диаметр. Высота камеры определяет собой необходимую и достаточную для завершения процесса толщину слоя топлива, т. е. размер активной зоны по высоте. Диаметр камеры определяет возможную производительность генератора.
Проф. Н. П. Вознесенским доказано, что реакции газификации протекают на поверхности топлива. Внутренние области частиц в активной зоне реакцией не охватываются. Поэтому производительность процесса пропорциональна не объему слоя, а его поверхности.
Измерениями экспериментально были найдены величины удельной поверхности слоя b:
- для древесного угля
где d — средний диаметр частиц, найденных экспериментально.
Высота активной зоны с известным приближением может быть подсчитана по формулам:
- для средних температур кислородной зоны 1500°С и зоны восстановления 1000°С
- для средних температур кислородной зоны 12 00°С и зоны восстановления 850°С
Первый случай со средней температурой кислородной зоны 1500° приближается к условиям воздушной газификации древесного угля (без присадки воды). Второй случай с температурой кислородной зоны 1200°С соответствует средним условиям газификации древесины стандартной влажности в газогенераторах обращенного процесса.
Для примера результаты вычислений активных зон для газификации древесины и древесного угля приведены в табл. 26.2.
Таким образом, если при газификации древесины при температурах зоны 1200 и 850°С средний размер частиц, угля, например, 30 мм, то высота активной зоны будет 260 мм. Опыт показал, что для газификации кускового торфа и торфяного кокса высота активных зон может быть принята такая же, как для древесного угля. Высота же зоны для ископаемых топлив увеличивается в связи с образованием шлака. Приблизительно можно принять коэффициенты увеличения по сравнении с размерами соответствующих активных зон древесного угля: для антрацита 1,8, для бурого угля и многозольного кокса — 1,3.
Высота активной зоны и определяет высоту камеры газификации.
Диаметр камеры газификации D1 (рис. 26.3) подсчитывается по формуле:
где G — расход твердого топлива двигателем, кг/час; q — напряженность горения, кг/м2 час.
Для древесных чурок q = 500...900 кг/м2 час; для древесного угля q = 200...500 кг/м2 час; для антрацита q = 200...300 кг/м2 час.
Камера газификации газогенератора обращенного процесса, рассчитанного на смолистое топливо, имеет горловину диаметром D2 (рис. 26.3). Для лучшего разложения смол диаметр горловины делается значительно менее D1, однако слишком малый D2 создает большое сопротивление проходу газа. Нецелесообразно делать D2 таким, чтобы действительная скорость газа в горловине превышала 20 м/сек. Для древесночурочных газогенераторов D1/D2 = 1,6...2,3.
Расстояние от плоскости, проходящей через оси фурм до горловины, для обычных древесночурочных автотракторных газогенераторов берется 100...150 мм.
Число и размер фурм определяется условиями равномерного охвата активной зоны дутьем и принятой скоростью входа воздуха.
Для газогенераторов обращенного процесса число фурм берется от 5 до 12. Скорость входа воздуха (действительная) v = 20...30 м/сек.
Суммарное проходное сечение фурм или сопла определится из формулы:
Часовой расход воздуха через фурмы с поправкой на температуру подогрева t°C — L'час равен:
где Qгаз — расход газа, отнесенный к нормальным физическим условиям, м3/час; L0 — количество воздуха, необходимое на образование 1 м3 газа, м3/м3.
Объем бункера определяется из выражения:
где G — расход твердого топлива, кг/час; z' — максимальное число часов работы на одной загрузке; γ — насыпной вес топлива, кг/м3. Диаметр газопровода равен:
В этом выражении:
Q'газ — расход газа при 0°C и 760 рт. ст.;
t — температура газа в рассчитываемом сечении газопровода, °С;
v1 — допустимая скорость газового потока, равная 10...12 м/сек.