WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

22.5

400

6

10

50

23

320

5,9

9,8

60

23.6

260

5,8

9,5

70

24

190

5,7

9,3

80

24.5

100

5,6

9

90

25

95

Таблица 2 – Экспериментальные данные сжигания опила с УЗИ на колоснике

Объемная доля СО, %

Объемная доля СО2, %

Влажность топлива W, %

Время сгорания топлива,мин

Температура горения топлива Т, 0 С

5

9,5

10

17.1

690

5,9

9,3

20

18

580

5,7

9

30

18.6

550

5,6

8,7

40

20

510

5,5

8,5

50

20,4

470

5,3

8,3

60

21

410

5,1

8,1

70

22.5

350

4

8

80

23

180

На первом этапе исследования проводились на лабораторной установке, представленной на рисунок 2. Загруженное в реактор топливо влажностью от 10…90 % (опилки, костра, угольная пыль) нагревалось от внешнего источника тепла без доступа воздуха. Образованный в результате пиролиза газ, проходя через водный затвор, подавался в накопительный резервуар. А уже от туда газ шел на качественный анализ.

В процессе эксперимента с целью определения производительности измерялось время горения 0,02 м3 костры различной влажности от 10-90 %, по трем режимам (Костра в покое на колоснике, костра со стряхиванием и костра с УЗИ подводом колосника). Влажность топлива определяли на влагомере Sartorius МА-30, который показывает содержание влаги в топливе в процентах. Экспериментальные данные сжигания костры в таблицах 1 и 2.

Из полученных данных определим расход топлива по формуле:

Q=V/T,

где V – объем сжигаемого топлива, м3,    Т – время, за которое сгорает топливо, ч.

90 % 40 %

Рисунок 3. График сгорания топлива при влажности. На графике цифрами обозначены 1 – костра с УЗИ; 2 – костра с ручным стряхиванием колосника; 3 – костра.

Анализируя полученные данные и графики (рисунок 3), получаем, что при увеличении влажности время сгорания увеличивается. Угольная пыль имеет наибольшее время сгорания, а костра наименьшее.

В третьей главе «Теоретическое обоснование интенсификации пиролизного сжигания отходов переработки древесины» разработаны модели расчета энергетических составляющих нагрева, разрабатываемого процесса сбраживания.

Рассмотрена задача о температурном поле слоя опила, нагреваемой по верхней грани за счёт конвективного и радиационного теплообмена с внешней средой в вихревом газогенераторе. При нагреве топлива до температуры начала пиролиза 200°С начинается термическое разложение топлива, протекающее с образованием конденсированных и газообразных продуктов реакции. Образующийся в процессе пиролиза газ поднимается и попадает в камеру вихревого горения, в которой он сгорает за счёт подачи воздуха.

Пиролиз под действием УЗИ энергии в фильтрационном потоке газа

Уравнение энергии для двух сред, движущихся с различными скоростями с учетом переноса пиролизного газа из материала и с внутренним источником тепла, имеет вид

, (1)

где и - теплоемкость соответственно топлива и парогазовой среды, кДж/(кг·С); и - плотности соответственно топлива и парогазовой среды, кг/м3; и - температура соответственно топлива и парогазовой среды, С; - продолжительность пиролиза, ч; - пористость или порозность слоя топлива; r - удельная теплота выделения пиролизного газа, кДж/кг; - удельная поверхность (отношение площади испарения опилки к объему опилки), м2/м3; = m1/m - доля пиролизного газа; Н1 - зона пиролиза, м; - теплопроводность топлива, Вт/(м·С); 2 - оператор Лапласа; Nv - плотность мощности внутренних источников, Вт/м3.

Для пористого материала и парогазовой смеси принимаем. Слой топлива на участке состоит из опилок (рисунок 4). Плотность мощности определяем выражением:

      , (2)

, (3)

где – удельный декремент затухания системы, с-1; 0 – круговая частота собственных колебаний системы, с-1; 0 – амплитуда колебаний УЗ-излучателя, м; NЗ – удельная мощность УЗ- энергии, подводимой к материалу, кВт/м3, т.е.

, (4)

где F0 – площадь поперечного сечения, м2; R – радиус пиролизной камеры, м; NУЗ – мощность УЗИ, кВт.

, (5)

где I – интенсивность звука, кВт/м2; FИ – площадь излучающей поверхности, м2.

Скорость движения опилок определяется формулой:

, (6)

где, – расход материала (опилок), кг/ч.

Скорость парогазовой смеси определяется формулой:

, (7)

где – коэффициент, учитывающий общую площадь поверхности пиролиза, м2; G2 - расход воздуха, кг/ч.

В соответствии с (2 и 3) уравнение энергии на участке с опилками имеет два решения (8 и 9):

, ;      (8)

, ; (9)

где t1… t4, расчетная температура продукта при УЗИП в пиролизной камере на высоте 400…100 мм соответственно, С

. (10)

Температуру парогазовой среды над слоем топлива определяем выражением:,, (11)

где - температура над слоем гранул при ; - теплоемкость, кДж/(кг·С) и теплопроводность Вт/(м·С) парогазовой среды над слоем топлива; - температура топлива с координатой (определяется выражением (12)), °С.

Уравнения (10), (11) должны удовлетворять граничным условиям:

; ; ; ; ;

; ;.

Количество выделившегося газа определяем

. (12)

При этом убыль плотности составит:

, (13)

где принимается:

x1 = 0,     , x = Н,. (14)

Убыль плотности определяет текущую влажность гранул, которая рассчитывается по формуле:

, (15)

где - влажность на границе.

Данная теория позволила рассчитать основные параметры оборудования. По ним разработана принципиальная схема непрерывного технологического процесса пиролизного сжигании отходов сельскохозяйственного производства в едином цикле на установках непрерывного действия, дано его математическое описание, получены аналитические решения задачи для квазистационарного случая пиролизной возгонки, позволяющие определять количество выделяемого газа и изменение температурного поля в толще топлива от различных технологических параметров:, - температура, теплоемкость, теплопроводность, удельный расход парогазовой среды; - плотность потока ИК-излучения; NУЗ – мощности УЗИ; R, Н – радиус и высота пиролизной камеры; – расход топлива подаваемого в камеру на сжигание; - скорость опилок в пиролизной камере;, - удельная теплоемкость и плотность сухого вещества распыляемого продукта.

В четвертой главе «Экспериментальные исследования установки типа УЗИП при утилизации отходов сельскохозяйственного производства» на основе теоретических и лабораторных исследований разработана установка, представленная на рисунке 5.

Работает установка следующим образом. Исходное топливо подается через люк 1 c устройством непрерывной подачи топлива 10 и попадает на колосниковую решетку 2. В камере I происходит слоевое горение, при котором стабилизируется неоднородность топлива по влажности, сглаживаются провалы по температуре горения и, исключается вероятность прекращения процесса горения при попадании партии топлива повышенной влажности. За время своего перемещения топливо подсушивается, газифицируется и загорается. Для того чтоб топливо не спекалось и слой окислительной зоны был выше, используются вертикальные колосники 3.

Рисунок 5. Схема экспериментальной установки: I – камера вихревого горения; II – камера УЗИ пиролиза; 1 – топочная дверца; 2 – колосниковая решетка; 3 – вертикальные колосники; 4 – жиклеры вторичного воздуха; 5 – внутренний корпус; 6 –внешний корпус; 7 –зольник; 8-межкорпусное пространство; 9- ультразвуковое устройство; 10-устройство непрерывной подачи; 11-заслонка; 12- предохранительный взрывной клапан; 13-дымоход.

Во время розжига установки зольник 7 должен быть открытым для того, чтоб поступающего воздуха было достаточно для горения. После того как топливо разгорится, зольный ящик закрывается и воздух необходимый для частичного горения засасывается через щели между ящиком и корпусом. Образующийся в слоевой камере газ поднимается и проходя через колосниковую решетку, освобождаясь от более тяжелых недогоревших частиц, попадает в камеру вихревого горения I. В камере вихревого горения газ горит за счет подачи вторичного воздуха. Воздух поступает через сопла подачи вторичного воздуха, расположенных тангенциально внутреннему корпусу и под углом 30 градусов к горизонту. Таким образом в камере вихревого горения образуется вихрь в котором попавшие недогоревшие частицы, вращаясь догорают вместе с газом. За счет получившегося вихря траектория горения увеличивается, а значит газ сгорает полностью как и частицы топлива. Продукты сгорания попадают в пространство между внешним 6 и внутренним 5 корпусами. Там они частично отдают свое тепло через стенку внутреннего корпуса в камеру слоевого горения для подготовки топлива. В зольник для частичного подогрева воздуха. Ну, а основная часть передает стенке внешнего корпуса для обогрева воздуха. Причем негорючие тяжелые частицы осаждаются в межкорпусном пространстве.

Таким образом в дымоход вылетает практически охлажденный без минеральных примесей и остатков горючих веществ смесь газов.

В процессе эксперимента с целью определения производительности измерялось время горения 0,02 м3 опила различной влажности от 10-90 %, по трем режимам (Опил в покое на колоснике, опил со стряхиванием и опил с УЗИ подводом колосника). Влажность топлива определяли на влагомере Sartorius МА-30, который показывает содержание влаги в топливе в процентах.

На экспериментальной установке проведены измерения температуры на внешней стенке. После аппроксимации экспериментальных данных в программе Microsoft Excel получена функциональная зависимость изменения температуры внешней стенки по времени

с коэффициентом детерминации.

На рисунке 6 приведены кривые изменения температур внутренней и внешней стенок газогенератора в зоне пиролиза льняной костры.

Аналогично, была проведена аппроксимация экспериментальных данных внешней стенки газогенератора в зоне горения. В результате получена функциональная зависимость распределения температуры внешней стенки по времени

с коэффициентом детерминации.

На рисунке 7 приведены кривые изменения температур внутренней и внешней стенок газогенератора в зоне горения пиролизного газа.

Используя математическую модель радиационно-конвективного теплообмена получена трёхмерная модель изменения температуры древесных отходов в процессе пиролиза.

На рисунке 8 показано изменение температуры слоя опила по времени.

Рисунок 6. Кривая изменения температур внутренней и внешней стенок газогенератора в зоне пиролиза

Рисунок 7. Кривая изменения температур внутренней и внешней стенок газогенератора в зоне горения пиролизного газа

Адекватность математической модели проверена, путем сравнения дисперсий расчетных данных с экспериментальными (рисунок 9) по критерию Фишера-Снедекора.

Модель адекватна с надежностью 95%. Расчеты осуществлялись в математическом пакете программ Maple 9.

Результаты экспериментальных данных полностью подтверждают правильность гипотезы о сжигании генераторного газа в вихревой камере возгоняемого под действием ИК- и УЗ- излучений в едином цикле из отходов сопутствующих сельскохозяйственных производств, позволяющее получать

Рисунок 8. Изменение температуры слоя опила в процессе пиролиза

Рисунок 9. Кривые изменения температуры поверхности материала в процессе пиролиза

возобновляемую тепловую энергию с КПД до 91 % с удовлетворительным (не более 5 % по СО) качеством продуктов сгорания.

Pages:     | 1 || 3 |






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