WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Валиулин Марат Анварович

РАЗРАБОТКА ПИРОЛИЗНЫХ УСТАНОВОК КАК ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ ДЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.20.02 – электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ижевск 2009

Работа выполнена на кафедре «Технологии и оборудование пищевых и перерабатывающих производств» в ФГОУ ВПО «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия»

Научный руководитель: доктор технических наук

Владимир Вениаминович Касаткин

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Андрей Владиславович Савушкин

кандидат технических наук

Александр Иванович Якименко

Ведущая организация – Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования Санкт-Петербургский государственный аграрный университет.

Защита состоится « 05 » ноября 2009 г. в 13-00 часов на заседании диссертационного совета КМ220.030.02 в ФГОУ ВПО «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу: 426069, г.Ижевск, ул.Студенческая, 9-315.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Ижевской государственной сельскохозяйственной академии», а с авторефератом на сайте www.izhgsha.ru

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим высылать по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, д.11, Диссертационный совет. Телефон/факс: 58-99-47.

Автореферат размещен на сайте и разослан 03 октября 2009г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук Н.Ю. Литвинюк

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Последняя четверть прошлого столетия и начало нынешнего ознаменовались энергетическим кризисом. Вначале преимущественно в автомобильной промышленности, но не нужно обладать даром предвидения, чтобы предсказать что в дальнейшем именно энергетическая проблема будет определять интенсивность развития всех сфер деятельности. Вследствие особенностей климата на большей части территории нашей страны человек проводит в закрытых помещениях 80% своего времени. Для создания нормальных условий его жизнедеятельности необходимо поддерживать в этих помещениях определенный тепловой режим. Помимо создания комфортных условий жизнедеятельности человека тепло необходимо для обеспечения ряда технологических процессов в различных сельскохозяйственных производствах.

В животноводческих помещениях тепло необходимо для получения горячей воды, воздуха, пара, а также для теплоснабжения производственных площадей и зданий. Для этого применяются водогрейные, паровые котлы и теплогенераторы, использующие дорогостоящие: электроэнергию, каменный уголь, мазут, природный газ.

На протяжении нескольких последних десятилетий теплоэнергетике в нашей стране не уделялось должного внимания. Эффективность использования топлива практически во всех теплоэнергетических установках значительно ниже, чем на Западе. Но не только отсутствие должного внимания привело теплоэнергетику в столь плачевное состояние. Много лет цены на топливо искусственно занижены и практически отсутствовали какие-либо экономические стимулы для экономии топлива. За последнее столетие добыча нефти в мире выросла почти в 20 раз и продолжает расти достаточно быстро. По оценкам специалистов, в течение 40-50 лет запасы углеводородов будут практически исчерпаны.

Остановимся на энергетическом «поле», которое сегодня еще остается целинным, не считая отдельных случаев использования дров, опилок, соломы, торфа для бытовых нужд, эффективного энергетического использования различных промышленных и сельскохозяйственных органических отходов практически нет. А на Западе сжигание таких отходов дает электроэнергию либо теплоту. Например, в Дании 20% энергии центрального теплоснабжения образуется за счет горючих материалов местных не ископаемых топлив. В результате фермеру выгодно везти солому на электростанцию, выгодно сортировать мусор, получая при этом ценное сырье и дармовую энергию. У нас подобная политика в области энергетики отсутствует. Энергетический потенциал таких топлив как дрова, торф, мусор практически не востребован. А как он может быть задействован Увеличение объема потребления биологического топлива сыграет важную роль в развитии по использованию биотоплива в пиролизной установке могут стать важным демонстрационными проектами, способствующими увеличению объемов использования биотоплива в регионе. Результатом наших исследований стали выигранные конкурсы в Министерстве природных ресурсов и охраны окружающей среды Удмуртской Республики и в Министерстве сельского хозяйства Российской Федерации.

Актуальность отмеченной проблемы с её недостаточной теоретической и практической изученностью предопределила выбор темы диссертационного исследования.

Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА.

Цель исследований. Разработка энергосберегающих мероприятий в сельскохозяйственном производстве за счет исследования интенсификации пиролизного сжигания отходов с помощью электротехнологий на примере подсобного хозяйства Тепловых сетей.

Объект исследований. Опилки и отходы переработки столярного производства для получения теплоэнергии путем преобразования в высококалорийное топливо.

Предмет исследований. Экспериментальные и аналитические зависимости, характеризующие влияние параметров процесса на утилизацию отходов сопутствующих сельскохозяйственных производств.

Теоретической и методической основой диссертационного исследования послужили труды ведущих ученых и специалистов отрасли по исследуемой проблеме. В процессе решения отдельных задач применялись аналитический, графический и расчетно-конструкторский методы, а также методики по оценке экономической эффективности работы.

Информационную базу исследования составляют материалы научных конференций, научно-техническая литература и публикации зарубежных и отечественных изданий.

Научную новизну работы составляют:

  • способ сжигания пиролизного газа в вихревом газогенераторе с использованием УЗИ, для интенсификации фильтрационных газовых потоков из исходного топлива;
  • математические модели частных энерготехнологических процессов УЗИ пиролиза, дающие возможность расчета энергоемкости и других режимов процесса утилизации отходов сопутствующих сельскохозяйственных производств;
  • аналитические зависимости для опре­деления геометрических параметров установок требуемой производительности.

Практическая значимость и реализация результатов исследований. На основании проведенных теоретических и лабораторных исследований разработана, изготовлена и апробирована установка для утилизации отходов сопутствующих сельскохозяйственных производств ООО «Тепловые сети», удовлетворяющая технологическим требованиям.

Опытный образец лабораторной установки УЗИП, позволяющая выполнять прикладные исследования и применять в учебном процессе на кафедре ТОППП ФГОУ ВПО Ижевской ГСХА.

Защищаемые положения:

  • способ процесса утилизации отходов сопутствующих сельскохозяйственных производств;
  • математическая модель процесса выработки генераторного газа;
  • теоретическое обоснование конструктивных и технологиче­ских параметров газогенераторной установки;
  • результаты экспериментальных исследований;
  • технико-экономическое обоснование целесообразности использования энергосберегающей технологии утилизации отходов сопутствующих сельскохозяйственных производств.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научно-практических конференциях: «Инновационное развитие АПК. Итоги и перспективы», Ижевск, 2007; «Научный потенциал аграрному производству посвящается 450 летию вхождения Удмуртии в состав России», Ижевск, 2008; «Экология и сельскохозяйственная техника», Санкт-Петербург, 2009.

Публикации. Основные положения работы и результаты исследований опубликованы в 7 печатных изданиях, причем две статьи в изданиях рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений. Работа изложена на 121 страницах основного текста, содержит 34 рисунка, 12 таблиц и список использованных источников из 154 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит краткое изложение вопросов исследуемой проблемы, сущность выполняемой работы и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе "Анализ развития и применения нетрадиционных источников энергии в сельскохозяйственном производстве" на основе анализа научных и литературных источников исследуется проблема использования отходов сопутствующих сельскохозяйственных производств для производства энергии. В нашей стране недостаточно отработанных промышленных технологий, позволяющих масштабно решать проблему утилизации отходов с целью получения возобновляемых источников энергии.

В этой связи поставлены задачи научных исследований:

  • разработать способ организации процесса пиролиза в вихревом газогенераторе, использованием УЗИ для ускорения газовых потоков;
  • исследовать кинетику пиролиза отходов переработки древесины, нагреваемых в полях УЗ и инфракрасного (ИК) излучений, в вихревом газогенераторе;
  • создать физические модели и дать математические описания процессов пиролиза использованием УЗИ и сжигания в вихревом потоке;
  • исследовать лабораторные макеты и опытные образцы установок вихревой газогенераторной установки;
  • обосновать эффективность разработанной технологии.

Во второй главе «Лабораторно-теоретическое исследование гипотезы интенсификации пиролизного сжигания отходов сельскохозяйственного производства» рассматривается пиролиз под действием ультразвукового излучения (УЗИП) и сжигание генераторного газа в вихревой камере.

Принципиальная схема идеи пиролиза под действием ультразвукового излучения (УЗИП) и сжигание генераторного газа в вихревой камере показана на рисунке 1. Нагретое от ИК излучения из камеры сжигания топливо начинает разлагаться на генераторный газ. С нижней части пиролизной камеры в ограниченных количествах подается воздух. Происхо-дит фильтрационный перенос продуктов распада органических соединений через опилки в камеру сгорания. Для ускорения процесса пиролиза и филь-трационного потока опилки излучаются ультразвуком. В камере сжигания за

Рисунок 1. Принципиальная схема пиролиза под действием ультразвукового излучения (УЗИП) и сжигание генераторного газа в вихревой камере

счет специально расставленных форсунок для подачи воздуха организуется вихровое поле горения генераторного газа вдоль внешней поверхности установки. Воздух для подачи в камеру пиролизную используется нагретый от продуктов сгорания в трубе. Для увеличения КПД также подготавливается воздух для подачи в камеру сжигания генераторного газа.

Процесс газогенерации в вихревой установки осуществляется следующим образом. Топливо, загруженное слоем определенной высоты на колосниковую решетку, поджигается и продувается газифицирующим агентом (дутье). Фильтруясь между кусками топлива, кислород дутья постепенно расходуется на окисление углерода. Зона, в которой кислород практически полностью исчезает, называется «кислородной». Из этой зоны выходят СО2, N2,СО (как небольшой недожог), водяной пар. Если высота слоя позволяет, то над «кислородной» образуется «восстановительная» зона. В этом случае в газы, выходящих из слоя, обогащаются оксидом углерода и водородом. Эти газы смешиваются со смолами, парами влаги, углеводородами, «отогнанными» из топлива в процессе пиролиза воздействием температуры, и образуют генераторный газ – продукт газификации.

Процесс газификации зависит от ряда факторов - температуры, состава дутьевой смеси, величины кусков топлива, способности его взаимодействовать с газами (реакционной способности), спекаемости топлива, плавкости золы, равномерности распределения газов по сечению и т. д… Большое значение имеют подача, распределение и перемешивание топлива, разрыхление спекшегося кокса и угля, разрушение комьев шлака, удаление золы, распределение дутья, стабильность режима и т. д.

Рисунок 2. Схема лабораторной установки: 1 – баллон УЗИ газогенератора; 2 – предохранительный взрывной клапан; 3 – емкость водяного затвора; 4 – клапана на газопроводе.

С помощью ультразвука заметно ускоряется процесс фильтрационного переноса газов. Воздействие ультразвука приводит к турбулизации среды, нарушению пограничного слоя, а также к периодическому созданию вакуума в фазе разрежения звуковой волны. Эти факторы приводят к ускорению процесса пиролиза, которое в акустическом поле начинает проявляться с определенного уровня звукового давления не ниже 130 дБ.

Таблица 1 – Экспериментальные данные сжигания опила

Объемная доля СО, %

Объемная доля СО2, %

Влажность топлива W, %

Время сгорания топлива, мин

Температура горения топлива Т, 0С

6,4

11

10

20

520

6,3

10,7

20

20.6

480

6,2

10,5

30

21.9

450

6,1

10,2

40

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»