Термическое разложение древесины в шахте газогенератора происходит в отличных условиях по сравнению, например, с про­цессом, протекающим в реторте с внешним обогревом. При гази­фикации сухая перегонка древесины протекает в токе горячих парогазов, непрерывно пронизывающих слой щепы. Наличие относительно большого количества неконденсируемого газа спо­собствует испарению образующихся из древесины жидких про­дуктов. По этой причине процесс пиролиза в шахте газогенера­тора можно отождествить с разложением древесины под вакуу­мом. Известно, что при пиролизе древесины под вакуумом уве­личивается удельный выход жидких продуктов, характерных для обычного ретортного процесса, и, кроме того, из древесины получается ряд таких продуктов, например углеводов, наличие которых в конденсатах, образующихся при обычной сухой пере­гонке при атмосферном давлении в ретортах с внешним обогре­вом, не наблюдается. При разложении древесины в шахте газогенератора непрерывно и постепенно охлаждаются газ и на­ходящиеся в нем жидкие и парообразные продукты. Поэтому вторичных процессов, т. е. термического разложения уже образо­вавшихся продуктов, почти не происходит. В газе остаются почти без разложения относительно термически неустойчивые продукты.

Кроме жидких продуктов, образуется швель-газ, состав кото­рого примерно следующий (в %): С02—18; СО—30; СН4—10; СпНт —2; Н2—40. Швель-газ смешивается с газом зоны собст­венно газификации. Выход жидких продуктов, образующихся при газификации, зависит от полноты завершения процесса термического разложения отдельных кусков древесины до того, как они достигнут высокотемпературных слоев топлива в шахте
газогенератора, что зависит от размеров и влажности кусков, от породы газифицируемой древесины и др.

Размер газифицируемой древесины. Древесина как сырье для газификации в виде метровых дров или швырка раньше приме­нялась в промышленности для производства газа, используемого для мартеновских, стекольных, нагревательных и других печей.

Для современных газогенераторных станций используется древесина в виде щепы. Это по сравнению с дровами повышает теплотворную способность газа, увеличивает удельную произво­дительность газогенераторов, делает удобным обслуживание газогенератора и создает возможность полной механизации топ - ливоприготовления и топливоподачи, возможность применения для газификации древесины высокой влажности (более 50% от­носит.). В табл. 6 приведены опытные данные, характеризующие работу газогенераторов, в которых перерабатывается крупная еловая древесина в виде поленьев и щепы с относительной влаж­ностью 38%.

Существенной особенностью газификации щепы является низкая температура газа на выходе из газогенератора, повышен­ная скорость процесса сушки и разложения древесины и быстро­та вывода парообразных и жидких продуктов из сферы реакции, что в конечном итоге приводит к повышенным выходам жидких продуктов пиролиза древесины.

При газификации щепы смола и часть воды выносятся газом из газогенератора в виде мелкодисперсных частиц. Это создает Условия для получения из древесины продуктов ее термического распада, которые не могут находиться в данных температурных пределах в парообразном состоянии.

500—550 60-100 10—25 3-8

В газе, выходящем из газогенератора, суммарное содержание жидкой и паровой смеси, получающейся при газификации щепы в промышленных газогенераторах, характеризуется следующими данными (в г/н. Мг):

Воды...........................

Суммарной смолы. Летучих кислот. Древесного спирта.

Мельчайшие частицы смолы, находящиеся в газе, при некото­рых условиях могут быть центрами конденсации влаги. Поэтому в парогазовой смеси, выходящей из газогенератора при перера­ботке щепы, до 200 г воды (в пересчете на 1 ж3 неконденсируе - мого газа) находится в капельножидком состоянии.

Исходя из сказанного, можно считать, что при газогенератор­ном процессе на основе щепы имеются предпосылки к частич­ному удалению влаги из газифицируемой древесины без затрат тепла на ее испарение.

Таблица 6 Показатели Газификация еловой древеси­ны в виде Поленьев Щепы Размер древесины, мм.................................................. 1000 80 Температура газа на выходе из газогенера­тора, °С........................................................................ : : : . 180 78 Теплотворная способность газа, кнал............................ Н. м3 1350 1680 Выход сухого газа от веса абс. сухой древ-еси - Н. м3 Яы, ... Кг 1,94 1,6 Выход жидких продуктов от веса абс. сухой древесины, %: Суммарной смолы ................................................... 8.4 16 Летучих кислот в пересчете на уксусную. 2,1 3,5 Метилового спирта.................................................. 0,9 0,7 Удельная интенсивность газификации на едини­цу сечения шахты газогенератора в пересчете Ма абс. сухую древесину, ........................................... М^шс 85 190 Время пребывания древесины в шахте газогене­ратора, часы.......................................................................... : : 28 3

При газификации щепы различной степени измельчения так­же изменяются выходы жидких продуктов. Так, при применении сухой еловой щепы размером 60—70 мм выход суммарных смол составлял 24%, летучих кислот 3,5% и древесного спирта 3% (от веса абс. сух. древесины). При газификации этой же древе­сины в виде щепы размером 20—25 мм выход жидких продуктов увеличился и соответственно составил 31, 4,2 и 3,3%.

Характеристика работы газогенераторов

Данные о среднем составе лесохимикатов, полученных при этих опытах газификации щепы, приведены ниже.

Состав лесохимикатов в % Смола Летучие кислоты Древесный спирт Растворн - | мая в воде Нераство­римая в воде Уксусная Муравьи - | ная I I [ пропино - вая Метиловый | спирт [ альдегиды (формаль - | дегид) Кетоны (ацетон) И е - t - 3 zt §■1 -&S tn t- Аллиловый спирт 53 47 62 20 18 21 9 14 30 26

Влажность газифицируемой щепы. В табл. 7 приведены опыт­ные полузаводские даиные, характеризующие влияние влажно­сти щепы, полученной из еловых дров, на выход продуктов гази­фикации древесины.

113

Таблица 7

Данные о влиянии влажности щепы Показатели Еловая Щепа Сухая Сырая Влажность щепы (отн.), %................................................ 20,0 52,0 Средние размеры щепы, мм.............................................. 17,0 16,0 Выход газа в пересчете на абс. сухую древеси­ну, н. м3/кг.......................................................................................... 1,5 1,8 Температура газа в горловине газогенерато­ра, °С......... 90 76 Расход воздуха (дутья) в пересчете на абс. сух древесину, н. м3/кг.............................................................................. 1,0 1,2 Температура дутья, °С..................................................... 9 11 Состав газа, %: С02 6,0 8,3 СО 29,5 26,5 СН4 1.7 2,8 Н2 7,8 10,0 02 0,8 0,6 N2 54,2 51,8 Выход жидких продуктов в % от веса абс. сух. древесины: Летучих кислот в пересчете на уксусную. . 4,2 2,7 Водорастворимой смолы......................................... 14,1 7,5 Нерастворимой в - воде смолы................................ 10,6 6,5 Метилового спирта................................................ 0,5 0,8 Эфиров.................................................................... 1,0 1,0 Реакционной воды.................................................. 21,1 20,6

С увеличением влажности газифицируемой щепы уменьшает­ся выход жидких продуктов при одновременном увеличении выхода газа. Необходимо отметить большое влияние влажности щепы на выход водорастворимой смолы. Она оказалась менее термически устойчивой по сравнению, например, с нераствори­мой, отстойной смолой. При повышенной влажности щепы для испарения всей влаги нужно нагреть периферийную часть от­дельных кусков до относительно более высокой температуры. При разложении центральных слоев куска выделяющиеся продукты пиролиза будут встречать на своем пути нагретую пе-

■8 А. К. Славянский

Риферийную поверхность, что неизбежно вызовет их пиролиз, а следовательно, уменьшит общий выход жидких химикатов. Пр^ исследовании процесса газификации сырой древесины часто находили в раскаленной зоне газогенератора обугленные снару­жи куски древесины при наличии в середине не только не разло­жившейся, но часто еще и сырой древесины. Эти наблюдения наглядно подтверждают, что при газификации более влажной древесины развивается вторичный процесс—пиролиз жидких продуктов древесины, что неизбежно приводит к уменьшению их выхода. Смоляной кокс, образовавшийся при пиролизе жид­ких продуктов (главным образом водорастворимой смолы) вме­сте с древесным коксом, газифицируется в зоне собственно газификации. Это приводит к удельному повышению расхода воздуха на единицу исходного древесного топлива, а следова­тельно, к повышению общего выхода газа. Увеличение выхода газа при газификации более сырой древесины частично происхо­дит также за счет газа, образующегося при пиролизе жидких продуктов.

Отрицательное влияние повышенной влажности древесины на выход жидких продуктов особенно значительно сказывается при увеличении размеров газифицируемой щепы. В зимнее вре­мя, когда влага находится в древесине частично в виде льда» выход жидких продуктов также понижается.

Порода газифицируемой древесины. Выход продуктов гази­фикации и их состав зависит от породы древесины. Результаты соответствующих опытов приведены в табл. 8. Из этих данных видно, что выход летучих кислот и метилового спирта из древе­сины лиственных пород выше выходов из хвойной древесины.

Опытные данные о влиянии породы древесины на выход про­дуктов подтвердились производственными показателями, достиг­нутыми на промышленных газогенераторах.

Так, выход летучих кислот из березовой щепы оказался в 1,5 раза большим, чем из еловой, а выход смол из березы был меньше, чем из ели, примерно на 20%.

Производительность газогенератора. В большинстве случаев высота слоя топлива в газогенераторе определяется конструк­тивными размерами последнего. Это значит, что слой щепы в шахте поддерживается максимально возможным. Отсюда вре­мя пребывания топлива в газогенераторе определяется его про­изводительностью, т. е. количеством древесины, загружаемой в шахту в единицу времени.

Чем больше время пребывания щепы в газогенераторе, тем больше гарантий, что все три характерных для газификации древесины процесса будут полнее завершаться.

При повышении производительности газогенератора умень­шается время пребывания топлива в шахте, поэтому производи­тельность газогенератора после некоторого предела отрицатель­но сказывается на удельном выходе жидких продуктов. В табл. 9

Таблица

Данные о газификации щепы в опытном газогенераторе Порода газифицируемой дренесины Показатели Ель Сосна Береза Бук Осина Ольха Влажность щепы, %................................... 20 19 32 14 13 13 Размеры щепы, мм.................................... 17 14 15 17 14 11 Выход газа от веса абс. сух. древе- Н. м3 1,51 1,46 1,30 1,42 1,30 1,69 Кг Выход жидких продуктов в % от веса абс. сух. древесины: Смол (суммарных) ..... 24,7 28,3 30,5 20,9 23,0 21,9 Летучих кислот в пересчете на уксусную.......................................... 4,2 3,9 9,2 7,7 6,4 5,8 Метилового спирта........................... 0,5 0,5 1,5 1,2 0.8 1,1 Реакционной воды........................... 21,1 22,3 25,6 21,1 23,9 23,7

Таблица 9

Данные о газификации щепы из осиновых дров

Опыт

Показатели

Производительность газогенератора по абс. сух.

TOC o "1-3" h z Кг! час 2000 1200

Щепе, —:— ......................................................................................

167 1С0

Время пребывания щепы в газогенераторе,

Часы........................................................................................... 2,0 3,0

Влажность газифицируемой щепы, % . . . ...................... 23,8 22,3 Выход газа ® пересчете на абс. сух. древеси­ну, л^— 1,31 1,09

Кг

Выход жидких продуктов в % от веса абс. сух. древесины:

Смол (суммарных).................................................. 16,4 20,8

Летучих кислот в пересчете на уксусную. 5,7 6,2

Метилового спирта................................................. 0,7 0,7

S* us

указаны производственные показатели, полученные при газифи­кации щепы из осиновых дров.

Конструкция газогенератора. Для газификации различного твердого топлива в промышленной практике применяют специ­альные газогенераторы. В их конструкции предусмотрены детали и узлы, назначение которых определяется свойством исходного топлива (зольностью, влажностью, содержанием летучих ве­ществ, степенью измельчения и пр.) и требованиями, предъявля­емыми к газу потребителями (давлением и температурой газа, его теплотворной способностью и составом и пр.). Современные газогенераторы для щепы также имеют некоторую специфику, зависящую главным образом от свойств древесного топлива. Подачу воздуха в газогенератор производят через колосниковую решетку центрального дутья и через фурмы мощного периферий­ного дутья, установленные в стенке шахты. При нормальной работе через фурмы периферийного дутья подается 80—90% воздуха, необходимого для процесса, и только 10—20% через дутьевую головку центрального дутья. При таком способе пода­чи воздуха в шахту газогенератора обеспечивается равномер­ность дутья по всему сечению газогенератора, чем предупреж­дается местное выгорание и обвал топлива, обычно сопровож­даемый сильными хлопками.

Увеличением диаметра шахты газогенератора в верхней части достигают уменьшения скорости газа на выходе его из слоя топлива, что уменьшает унос древесной мелочи и щепы в газо­провод.

Отбирать газ из шахты газогенератора лучше сверху, т. е. че­рез крышку газогенератора. Для большей равномерности отбора газа по сечению шахты имеется две горловины. Для газифика­ции щепы можно рекомендовать два типа газогенераторов: меха­низированный (рис. 24) и упрощенной конструкции (рис. 25). У механизированного газогенератора имеется вращающаяся чаша для удаления золы, наличие которой, особенно в древес­ных отходах, бывает высоким. У газогенератора упрощенной конструкции золу удаляют вручную или при помощи воды, т. е. гидравлических устройств. Для разравнивания щепы в шах­те газогенератора можно рекомендовать вращающиеся гребки, укрепленные на валу, делающем 1—5 об/мин. Дальнейшее усо­вершенствование газогенератора возможно по линии устройства шахты с пароводяной рубашкой.

Интенсивность газификации древесного топлива с исходной влажностью 20—30% составляет примерно 500—600 кг/м2 час.

В нижней части газогенератора собственно газификации под­вергается, как уже известно, не щепа, а продукт ее сухой пере­гонки •—древесный уголь. Если сравнить интенсивность газифи­кации этого угля с современной промышленной интенсивностью газификации, например, ископаемых углей и сопоставить удель­ную подачу воздуха в шахту газогенератора для того и другого

Рис. 24, Механизированный промышленный газогенератор:

/ — шахта газогенератора; '2 — вращающаяся чаша для удаления золы 3 — колосниковая решетка для центрального дутья; 4 — фурмы перифе рийного дутья; 5 — загрузочная коробка для щепы; б — горловина дл> отвода газа

Вида топлива, то из этих данных будет видно, что генераторы, например, на антраците работают с интенсивностью, примерно на 60—80% большей, чем газогенераторы на древесном топливе.

Рис. 25. Промышленный газогенератор упрощенной конструкции: I — шахта газогенератора: 2— крышка газогенератора; 3— кольцевая опора; 4— стойка; 5 — коллектор периферийного дутья; 6 — колосниковая решетка центрального дутья; 7 — фурма периферийного дутья; 8 — горловина для отвода газа; 9 — воздухопровод цен­трального дутья; 10 — сборник конденсата пара; // — зольная чаша; 12 — задвижка; 13 — разравннватель щепы; //—привод

Если в газогенераторе древесного питания обеспечить интен­сивность подачи дутья такую же, как в антрацитовом или буро - угольном, и учесть, что древесный уголь обладает значительно

Более высокой реакционной способностью по сравнению с иско­паемыми углями, то можно удвоить и утроить производитель­ность древесного газогенератора.

На опытном газогенераторе были подтверждены эти сообра­жения: достигнута интенсивность газификации щепы до 2000 кг 1м2 час (по абс. сухой древесине).

Материальный баланс процесса газификации сухой и мелкой щепы при сухом дутье при интенсивности процесса 500 кг/м2 час Представлен в табл. 10.

Таблица IV

Материальный баланс процесса газификации

(на 100 кг рабочего топлива)

I С I Н | О | N | Зола I Всего Статьи баланса---------------- i-------- ' . I в килограммах Приход: Древесина абс. сухая............................... 35,70 5,03 39,87 - 0,80 81,4 Влага древесины...................................... — 2,00 16,60 — 18,6 Дутье....................................................... -- 22,10 72,0 — 94,1 Всего .... 35,70 7,03 78,57 72,0 — 194,1 Расход: Газ............................................................ 22,68 1,12 36,70 72,0 — 132,50 Суммарная жижка.................................... 6,90 3,37 24,60 - — 34.87 Суммарная отстойная смола 5,32 0,90 4,70 — — 10,92 Конденсат очищенного газа.... 0,80 1,68 12,20 — — 14,68 Зола..................................................... — — — 0,80 0,80 Отклонение.............................................. — -0,04 +0,37 — — +0,33 Всего .... 35,70 7,03 78,57 72.0 0,80 194,1

Тепловой баланс газогенератора при этих условиях следующий: Статьи баланса | % Приход: Теплотворная способность щепы.................................................................... 100 Расход: Теплотворная способность газа..................................................................... 43 Теплотворная способность жидких 'органических продуктов гази­ Фикации........................................................................................................ 40 Теплосодержание влаги, газа, жидких органических продуктов 17 И потери тепла в окружающую среду........................................................... Всего................................. 100 119