авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Повышение эффективности использования древесных отходов лесозаготовок путем производства из них топлива для газогенераторных установок

-- [ Страница 2 ] --

Таблица 3.

Вещественный состав сжигаемых топлив.

Анализ ресурсов вторичного сырья лесозаготовок, переработки и

использования позволил сделать вывод о необходимости решения задачи,

изложенной в общей характеристике работы.

  1. ПРОИЗВОДСТВО ИЗМЕЛЬЧЕННОЙ ДРЕВЕСИНЫ.

В зависимости от вида и размеров перерабатываемого древесного сырья, условий осуществления процесса и требований к качеству получаемой щепы рубительные машины имеют различное конструктивное исполнение. Оно характеризуется такими признаками, как мобильность, тип рабочего органа, профиль его поверхности, вид и количество режущего инструмента, способ и направление подачи древесного сырья на переработку, форма загрузочного устройства, способ отбора щепы и др..

По признаку мобильности рубительные машины делятся на стационарные и передвижные. Стационарные рубительные машины эксплуатируются на индивидуальных неподвижных основаниях (фундаментах). Передвижные рубительные установки могут быть автотракторными, плавучими, железнодорожными.

Самоходные рубительные установки компонуются на самоходных шасси (автомобиль, трактор). Для обеспечения загрузки древесным сырьем на шасси устанавливаются механические и гидравлические манипуляторы, а так же устройства для подачи древесного сырья к механизму резания. В ряде случаев на самоходное шасси устанавливают автономные энергетические установки для привода механизма резания.

В качестве основного классификационного признака принимается конструктивная схема механизма резания машины, по этому признаку они разделяются на три класса: дисковые, барабанные и конические..

На лесосеке возможно производство щепы следующими системами машин: первой

  • ЛП-17А выполняет валку и пакетирование тонкомерных деревьев,
  • ЛТ-168 собирает и транспортирует сырье к месту переработки,
  • УРП-1 измельчает древесину,
  • ТМ-12 вывозит щепу в контейнерах.

второй

  • ЛТ-168 собирает и транспортирует отходы к месту переработки,
  • УРП-1 производит измельчение лесосечных отходов,
  • ТМ-12 вывозит щепу в контейнерах.

третьей

  • ЛП-19А совершает валку и пакетирование деревьев на волоке,
  • ЛО-120 удаляет крону и раскряжевывает деревья.
  • ЛТ-189 собирает произведенные сортименты и вывозит к погрузочной площадке.

После окончания производства круглого леса мобильная рубительная машина УРП-1 измельчает древесные отходы, и автощеповоз ТМ-12 вывозит щепу.

При транспортировке щепы и порубочных остатков невозможно использовать полностью грузоподъемность транспортных средств, т.к. в процессе транспортировки груз уплотняется. Для транспортировки в зависимости от расстояния, вида груза могут быть использованы несколько видов транспортных машин. На небольшие расстояния щепу и порубочные остатки перевозят тракторами с прицепом. При дальних перевозках используются автомобили с прицепом. Объем груза зависит от типа машины, емкости кузова и прицепа.

Щепа как предмет труда характеризуется весьма разнообразными показателями в зависимости от влажности, породы, способа загрузки и др..

Свойство щепы с точки зрения транспортировки и выгрузки из подвижного состава определяется объемной массой, сыпучестью, влажностью, степенью уплотнения, формой и фракционным составом и др..

Количество измельченной древесины учитывают плотной и насыпной массой, которая зависит от влажности. В процессе погрузки щепа уплотняется и несколько ухудшает разгрузку в силу слипания и смерзания.

Степень использования грузоподъемности характеризуется коэффициентом использования. Различают коэффициенты статического и динамического использования грузоподъемности

Kc = Qf / Qb, (1)

Kd = Pf / Pb, (2)

Где Qf, Qb – соответственно фактическое количество груза и для перевозки т, Pf, Pb – соответственно фактическое и возможное количество тоннокилометров при полном использовании грузоподъемности.

Коэффициент использования грузоподъемности зависит от правильного выбора транспортного средства при перевозке грузов

определенного характера, конструкции навесного оборудования и др..

Производительность автопоезда можно определить по формуле

П = [( T – t ) Q ] / ( t1 + t2 + t3 + t4 + t5 ), (3)

Где Т – продолжительность смены, t - подготовительно-заключительное время на смену, Q – полная нагрузка, - коэффициент использования времени на смену, t1, t2, t3 – время пробега 1 км в обоих направлениях по магистрали ( ветке, усу), t4, t5 – соответственно время погрузки и разгрузки автопоезда.

3.ЕСТЕСТВЕННАЯ СУШКА ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ

Атмосферный воздух можно использовать в качестве естественного источника тепла для сушки древесины. К естественным способам относятся атмосферная и транспирационная сушки. Время достижения материалом древесины равновесной влажности зависит от начальной влажности, температуры и относительной влажности воздуха.

Процесс сушки гигроскопических капиллярно-пористых материалов определяется испарением влаги с поверхности в окружающий воздух и продвижением влаги из внутренних слоев к зоне испарения.

Скорость испарения влаги с поверхности гигроскопического материала пропорциональна разности упругостей на его поверхности и в воздухе

dm/dt = (Um – Up), (4)

где dm/dt – интенсивность влагоотдачи, - коэффициент влагоотдачи,

t – время, Um, Up – соответственно поверхностная и равновесная концентрация влаги.

Процесс продвижения влаги изнутри материала к поверхности описан уравнением

dm/dt = – D1 dU/dn, (5)

где dU/dn – градиент концентрации в направлении потока,

D1 – коэффициент влагопроводности,

Удаление влаги из плоского материала представлено уравнением

диффузии

U/t = – D1 2U/x2, (6)

при граничных условиях

- (Um – Up) = D1(U/x) x = ±S/2, (7)

где s – толщина материала.

Cогласно уравнению (7) время диффузионной сушки до влажности W будет описываться формулой

t = d2 (24 D1)-1 ln [(Wн – Wp)/(Wk – Wp)], (8)

где d – диаметр, Wн, Wk, Wp - соответственно начальная, конечная и равновесная влажности.

В капиллярно-поровой структуре материала древесины процесс

испарения будет определяться не только диффузией, но и течением пленочной жидкости. Поэтому в общем случае имеет место двухфазное движение в виде водяного пара и жидкости

Q = Q0 + Ql, (9)

Где Q0 – поток пара, Ql – поток жидкости.

Суммарному потоку фаз для стационарных условий протекания процесса соответствует уравнение

Q = - r2D (RT)-1grad р + 2rH3(3V)-1grad P = const, (10)

При построении уравнения сушки круглых лесоматериалов проницаемое пространство древесины представлено в виде системы продольных и радиальных капилляров, в которой количество воды, испаряющееся в единицу времени, описано уравнением

Q = n dLn/dt + rdLr/dt, (11)

Где п, r – соответственно площади испарения влаги через продольные и радиальные капилляры, dLn/dt, dLr/dt – соответственно скорости испарения из продольных и радиальных капилляров.

Для площадей испарения имеют место выражения

n = 2( - p)V/lL, (12)

и r = 4( - p) (1- )V/lL, (13)

Полученная формула сушки лесоматериалов имеет вид

W = Wp + (Wн – Wp) exp(–2ct1/2), (14)

согласно которой время сушки до влажности W равно

t = [ ln (Wн – Wp) (W – Wp)-1]2 / 42c, (15)

здесь с = VmDps(1-)[2n/knL + (1-)r/krd] (RT)-1. (16)

Полученная формула сушки учитывает все основные параметры, характеризующие естественную сушку лесоматериалов: коэффициента диффузии, парциального давления насыщенного пара, начальной влажности древесины, гигроскопической влажности, относительной влажности воздуха, толщину материала. Если длина много больше диаметра, то в условиях атмосферной сушки коэффициент с принимает значение

с = са = VmDps(1-)[(1-)r/krd] (RT)-1, (17)

и влага удаляется в основном с боковой поверхности.

При транспирационной сушке влага удаляется в основном через торцовые поверхности, поэтому здесь коэффициент с равен

с = сТ = 2VmDps(1-)[n/knL] (RT)-1. (18)

В процессе испарения влаги диффузная составляющая непрерывно увеличивается, а капиллярная уменьшается

Для измельченной древесины коэффициент с можно определять выражением

с = са = VmDps(1-)[r/krd] (RT)-1, (19)

Полученные формулы определяют процесс атмосферной сушки лесоматериалов при учете диффузионного и капиллярного процессов испарения и позволяют формулировать условия получения качественной щепы и её эффективного хранения.

  1. ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА ЩЕПЫ

Методика проведения исследований качества щепы заключалась в выполнении следующих работ: отбора проб, определения содержания в щепе коры и гнили, фракционного состава, породного состава, влажности.

Исследование проводилось в Лисинском лесхоз-техникуме. Щепа получалась из свежесрубленной стволовой древесины разных пород и кустарника. Лесосечные работы выполнялись на лесных площадях со средним объемом хлыста 0,21-0,35 м3, средним диаметром 24 см и средней высотой 17,5 м. Почвогрунты можно отнести к торфо-болотным, перегнойно-глеевым с несущей способностью 0,01-0,10 МПа, т.е. условия проходимости ограниченные. При разработке лесосек в таких условиях порубочные остатки летом укладываются на трелевочный волок, чтобы происходила естественная сушка.

Производство щепы производилось стационарной рубительной машиной МРН20-1 на территории нижнего склада и передвижной рубительной машиной Валмет-1100 на лесосеке.

В качестве сырья для получения щепы на нижнем складе использовалась свежесрубленная низкокачественная древесина и малоценных пород. Образцы длиной 1 м и диаметром 12, 16, 20, 34, 40 см рассортировывались по породам. Бревна диаметром больше 24 см раскалывались.

На лесосеке щепа заготавливалась из порубочных остатков зимней и летней заготовки. Породный состав определялся по формуле древостоя.

Производство щепы из кустарников осуществлялось передвижной рубительной машиной из пород ива, ольха, береза, осина, их диаметр не превышал 10 см.

Результаты исследования обработаны по программе «Statistica». При производстве щепы из тонкомерных деревьев получены следующие фракции:

  • мелкая зелень в виде хвои и почек, мелкие включения древесины и коры, содержание данной фракции до 5%,
  • крупная зелень в виде пучков хвои с хворостом, большие куски коры, щепа с неотделенной корой, мелкие сучки с хвоей или без неё, содержание данной фракции до 20%,
  • стволовая с неотделенной корой в виде больших кусков с корой и без нее, содержание данной фракции 75%/

При просеивании щепы, получаемой из сучьев диаметром меньше 4 см, получаются следующие фракции:

-мелкая зелень в виде хвои и почек – 2%,

  • кора – 5,7%,
  • древесина с неотделенной корой – 92,7%.

Статистические закономерности механического процесса измельчения древесины рубительными машинами рассмотрены его с позиции теории статистических инвариантов, как характеристик однородности неоднородных структур, и являющейся основой в статистической механике

С механической точки зрения формируемую щепу можно представить в виде динамической системы с большим числом степеней свободы, роль которых выполняют параметры, описывающие её состояние. В стационарных условиях такие системы стремятся к своему предельному наиболее вероятному состоянию.

Совокупность измельченной древесины можно рассматривать как своего рода условное фазовое пространство, состоящее из числа ячеек, равного числу дискретных значений j размеров щепы. В каждой ячейке содержится количество nj щепы размером lj, характеризующейся энергией образования ej.

Поэтому задача исследования ставится следующим образом: найти наиболее вероятное распределение щепы от её размера в стационарных статистических условиях её образования при выполнении равенств

nj = N = const, (20)

ej nj = E = const, (21)

первое равенство отражает условие постоянства общего числа образующейся измельченной древесины в единицу времени, а второе характеризует постоянство энергии образования. Вероятность заполнения ячеек фазового пространства описывается зависимостью вида

Pj = N! / П nj !, (22)

С учетом формулы Стирлинга, справедливой при n >> 1,

n ! = nn en,

формула (22) записана в виде

Sj = ln Pj = N ln N - nj ln nj. (23)

Таким образом, наиболее вероятное распределение обусловлено равенствами

d Sj = d ln Pj = ln nj dnj = 0, (24)

dN = dnj = 0. (25)

dE = ej dnj = 0. (26)

Решения системы уравнений построено методом неопределенных множителей Лагранжа путем умножения (25) на , а (26) на , после суммирования получено уравнение

( ln nj – + ej ) dnj = 0, (27)

из которого следует условие его выполнения

ln nj – + ej = 0, (28)

поэтому решение (опуская нижний индекс) принимает вид

n = exp exp ( – e ), (29)

из условия нормировки (20) получено значение

exp = N, (30)

поэтому функция распределения фракционного состава щепы имеет вид

n = N exp (– e ). (31)

Механическая энергия е образования щепы является суперпозицией двух конкурирующих энергий поверхностной и объёмной: при уменьшении размеров первая увеличивается, а вторая уменьшается (и наоборот). Поэтому энергия образования измельченной древесины в зависимости от размеров имеет экстремум. В окрестности экстремума возможно представление этой функции в ряд по степеням текущего l и наиболее вероятного lm размеров

е = em + ( l – lm ) [de/dl]m + ( l – lm )2[ d2e/dl2 ]m + 1/6 ( l – lm )3[d3e/dl3]m + ….,

В экстремуме [ de/dl ]m = 0, и ограничиваясь квадратичным членом, получаем представление (31) в виде

n = B exp [ – ( l – lm )2 ], (32)

здесь B = N exp( –em ), = [d2e / dl2]m.

При l = lm параметр распределения B = nm, поэтому построенная функция распределения щепы по размерам принимает трех параметрический вид

n = nm exp [ – ( l – lm )2 ], (33)

её можно записать в безразмерном виде, как однопараметрическую, опираясь на модальные значения

n* = exp [ – (l* – 1 ], (34)

где n* = n / nm, = l2m.

Трех параметрическое распределение (33) принимает вид двух параметрического нормального распределения в условиях, когда

nm = [(2)1/2 ]-1, = (22)-1, (35)

а однопараметрическое (34) становится нормальным, когда = .

Сравнение результатов расчета построенной математической модели с опытными данными по критерию 2 Пирсона показало их адекватность на уровне вероятности достоверности 0,95.

Выполненные исследования раскрывают общий характер статистической закономерности формирования фракционного состава измельченной древесины, производимой рубительными машинами, и указывают на статистический детерминизм последующих технологических процессов, которые в качестве сырья используют древесную щепу.

  1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГАЗОГЕНЕРАТОРНОЙ ДИЗЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

На рынке имеет место широкий спектр дизельных установок различной мощности, поэтому обеспечение их газогенераторными и установками, производящими горючий газ из измельченной древесины отходов лесозаготовок, является экономически выгодным проектом. Пи этом достигается рентабельная автономность энергетических и тепловых модулей и обеспечивается экологическая безопасность региона.

Для разработки методики обеспечения дизельной установки необходимым количеством щепы, из которой производится горючий газ, были проведены экспериментальные исследования.

Исследования выполнены в лаборатории ДВС и ДУ СПбГМТУ на базе ГИПХ газогенератора и вихрекамерного дизеля 248,5/11 мощностью 8 кВт, с целью определения особенностей рабочего процесса при использовании газогенераторного газа, получаемого из измельченной древесины.

Установка включает в себя следующие элементы и системы:

  • газогенератор, способный газифицировать древесные отходы, характеризующиеся большим количеством летучих, и обеспечивающий выход генераторного газа с наименьшим количеством смол,
  • системы охлаждения и очистки, предназначенные для снижения температуры генераторного газа и очистки его от вредных примесей, к числу которых относятся зола, сажа, смолистые вещества, сернистые соединения и влага,
  • систему розжига, обеспечивающую пуск газогенератора,
  • систему воспламенения и сжигания газогенераторного газа,
  • системы управления, измерения и регистрации параметров работы при проведении испытаний.

Внешний вид установки показан на рис.1.

Опытный газогенератор относится к типу газогенераторов, обеспечивающих обращенный процесс газификации. Воздух подается в среднюю по высоте часть камеры, в которой происходит процесс горения древесных отходов. Образующиеся газы отсасываются вниз и

затем через кольцевое пространство между корпусом и бункером поступают в системы очистки и охлаждения через газоотборный патрубок, расположенного в верхней части газогенератора.

Активная зона расположена в камере газификации от места подвода воздуха до нижнего среза, ниже расположен зольник.

Зона сухой перегонки и зона подсушки располагаются выше активной зоны, но влага древесных отходов и летучие не могут выйти из газогенератора, минуя активную зону. Проходя через активную зону с высокой температурой, продукты сухой перегонки подвергаются

разложению, в результате которого количество смол в выходящем из

генератора газе незначительно.

Для грубой очистки генераторного газа в принятой схеме используется двухступенчатый очиститель вихревого типа. Очистители такого типа (циклоны) при небольших размерах дают высокую степень очистки газа (до 90-95%).

В работающем газогенераторе температура газа составляет 150-3500С. Для повышения плотности заряда газовоздушной смеси необходимо охлаждать газ перед его подачей в систему питания двигателя. Для охлаждения используются радиаторы, в которых происходит охлаждение и доочистка.

Тонкий очиститель предназначен для максимальной очистки газа от водяных паров и вредных примесей перед его поступлением в систему питания двигателя.

Рис.1 Опытная газогенераторная установка

Система розжига ( и отбора) генераторного газа, включающая в свой состав электровентилятор, предназначена для розжига газогенератора

Система воспламенения и сжигания генераторного газа используется при автономной стендовой отработке двигателя и включает в себя эжектор и воспламенитель.

Конструкционные параметры опытной установки:

  • диаметр камеры газогенерации 170 мм,
  • диаметр горловины камеры газогенерации равен 82 мм,
  • высота активной зоны 200 мм,
  • расстояние от фурменного пояса до горловины 120 мм,

- бункер объемом 85 л и высотой 680 мм,

- зольник газогенератор высотой 100 мм и площадью поперечного

сечения 1590 см2.

Очистители типа циклон имеют сравнительно небольшие габариты и массу и обеспечивают хорошую очистку газа в достаточно широком диапазоне изменения режимных параметров. Они обеспечивают коэффициент очистки потока газа в пределах 0,85-0,90 от первоначального содержания пыли. При последовательном соединении двух циклонов коэффициент очистки возрастает до 0,97.

Газ высокой теплотворной способности и гибкая работа установки были обеспечены: скоростью дутья в пределах 20-30 м/с, числом фурм 8. диаметром фурмы 6,5 мм. высотой зольника 100 мм.

Принципиальная схема опытной газогенераторной дизельной установки показана на рис.2.

 Рис2. Принципиальная схема опытной-2



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.