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

Рис2. Принципиальная схема опытной газогенераторной дизельной

установки

1 – газогенератор, 2 – циклон, 3 – циклон, 4 – радиатор, 5 – тонкий очиститель, 6 – вентилятор, 7 – дизель, 8 – ресивер, 9 – смеситель.

На основе экспериментальных данных установлено, что оптимальная скорость газа на входе в циклон должна составлять 18-20 м/с, при больших скоростях возрастают потери напора на циклоне, а при меньших ухудшается очистка.

Для опытной установки принято:

• расходы газа 15-35 нм3/ч,
• скорость газа на входе в установку 10-250м/с,
• скорость газа на выходе из установки 4-7 м/с,
• скорость газа во внутреннем цилиндре 1,5 м/с,
• максимальные суммарные потери напора 100-540 ммвод.ст.
• температура корпуса циклона 200-2500С.

Окончательная очистка газа от пыли, смол, конденсата и т.п. производится в тонком очистителе, который выполнен в виде цилиндра с размещенным внутри фильтром., имеется отстойник для конденсата со сливным отверстием.

В качестве фильтрующего материала применена «древесная шерсть» (тонкая стружка сечением 0,4х2,5 мм), которая обладает развитой поверхностью контакта и обеспечивает высокие параметры очистки газа, толщина её набивки составляет 100 мм.

В качестве охладителя принята радиаторная схема с прямоугольными ребрами, как наиболее подходящая для данных условий работы и облегчающая очистку охладителя от загрязнений.

Потери напора на радиаторе не превышали 35-40 мм вод.ст..

Критерием качества газогенераторного газа является содержание в нем основного горючего компонента окиси углерода СО, оно существенно зависит от конструкции и режима работы, а так же от характеристик древесного топлива: породы, влажности, фракционности и др..

Пробные пуски и начальные исследования газогенератора показали, что для получения газа с необходимым для работы двигателя содержанием окиси углерода необходимы как работы по доводке некоторых конструктивных элементов, так и накопление навыков его эксплуатации, потерянных после 50-х годов.

Для газодизеля актуален интенсивный розжиг генератора перед пуском, тем интенсивнее, чем выше влажность топлива. Необходимая удельная производительность пускового вентилятора должна быть в диапазоне 1,5-2,3 м3/час кВт.

В результате исследования было установлено следующее:

• исследуемый диапазон содержания СО в генераторном газе шире, чем у газогенераторных установок 30-50-х годов на дровяном топливе,
• с ухудшением качества газогенераторного топлива соответственно изменяются теплофизические свойства рабочего тела двигателя, что приводит к снижению температуры в цикле и давлений при фиксированных значениях доли жидкого топлива,
• при номинальном давлении в цикле (0,585 мПа) максимальные температуры в газодизеле выше на 300-3500К, чем у базового дизеля, как результат уменьшения воздуха при сгорании,
• с ухудшением качества генераторного газа цикловые подачи дизельного топлива, необходимые для достижения в газодизеле номинального давления, увеличиваются и составляют 24-80% от номинальной дозы топлива базового дизеля, уменьшение одной сотой (1%) содержания СО приводит к увеличению доли жидкого топлива на 0,02 (2%),
• на номинальном режиме работы газодизеля соотношение требуемых расходов вторичного и первичного воздуха с ухудшением состава генераторного газа увеличивается в 1,35 раза,
• соотношение расходов вторичного воздуха и сухого генераторного газа при ухудшении качества газа увеличивается с 2,36 до 4,00,
• скорость воздуха из фурм является важным фактором влияния на весь процесс газогенерации, а, следовательно, на экономичность газодизеля,
• время пребывания СО2 в реакционной зоне не должно превышать 0,6 секунды,

Полученные результаты позволяют сформулировать пути совершенствование газодизелей за счет оптимизации режимов розжига, повышения температуры в реакционной зоне газогенератора, скорости первичного воздуха, увеличения времени пребывания СО2 в реакционной зоне, уменьшения влажности биотоплива за счет естественной сушки.

6. ТЕХНИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ СОЗДАНИЯ

ГАЗОГЕНЕРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ С ДИЗЕЛЕМ.

На основании выполненных исследований сформулированы основные параметры, необходимые для проектирования газожидкостной энергетической установки задаваемой мощности: удельный расход измельченной древесины 1,4 кг/кВтчас, удельный расход газа 3,2 м3/кВтчас, удельный расход воздуха 3,4 м3/ кВтчас, удельная высота активной зоны

20 мм/кВтчас, удельная энергоемкость измельченной древесины 0.71кВтчас/кг, удельная энергоемкость газа 0?31 кВтчаc/м3, удельная энергоемкость воздуха 0,29 кВтчас/м3, удельная энергоемкость высоты активной зоны 0,24кВтчас/мм.

На основании значений представленных параметров можно дать оценку массогабаритных показателей газогенераторной установки с газодизелем. Расчеты показывают, что для газодизеля можностью 180-220 кВт необходимо дополнительное оборудованиесо следующими габаритными объемами: газогенератор 7 м3, высотой 4,0 м и диаметром 1,5 м; охладитель 0,9 м3, высотой 3,0 м, диаметром 0,6 м; скруббер 5,4 м3, высотой 3,5 м, диаметром 1,4 м; газосборник 0,4 м3. Суммарный габаритный объем оборудования газогенераторной установки становится примерно равным 12,7 м3, его масса составит 2,4-4,0 т. Газоходы, объединяющие элементы установки, должны иметь диаметры порядка 22,5-35,0 см. Расход технической воды в оборотном контуре установки должен быть 73-77 л/мин.

Эффективному кпд газодизеля, равному 25%, соответствуют следующие часовые расходы топлива: щепы 308 кг/час, жидкого дизельного топлива 9,7 кг/час. Экономия дизельного топлива составит 85 -90% от номинальной дозы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Эффективное использование древесных отходов лесозаготовительного производства в качестве топлива для газогенераторных дизельных установок является актуальным решением задачи экологической и энергетической безопасности народного хозяйства. Обобщение результатов эксплуатации газогенераторных установок прошлых лет и выполненных экспериментальных исследований на опытной лабораторной установке указывают на реальность создания на базе широко распространенного дизеля типа Д12 современной газодизельной установки мощностью 180-220 кВт, позволяющей сократить расход дизельного топлива не менее, чем в 5 раз.

2.Полученные значения удельных расходов измельченной древесины

(1,4 кг/кВтчас), производимого из неё газа (3,2 м3/кВтчас),

воздуха (3,4 м3/кВтчас) и удельной высоты активной зоны (20 мм/кВтчас)

позволяют решать как прямую, так и обратную задачу при проектировании газогенераторных установок.

3.Результаты исследования позволяют сформулировать пути совершенствования газодизелей:

• оптимизацию режимов розжига следует производить пусковым регулируемым вентилятором производительностью порядка 20 м3/час,
• увеличение времени пребывания СО2 в реакционной зоне и полноты восстановления углекислого газа до окиси углерода СО, являющегося основным топливным компонентом, необходимо по возможности увеличивать высоту реакционной зоны,
• эффективно сухое пыле-золоудаление,
• повышенная влажность древесного топлива снижает температуру процесса газофикации, приводя к увеличению содержания негорючего СО2, что приводит к уменьшению теплотворной способности производимого топлива, поэтому желательно иметь влажность топливной щепы не выше гигроскопической влажности,
• очистка производимого генераторного газа является важной составляющей работы газодизеля,
• розжиг производить или на древесном угле, или от остатков предыдущей работы,
• время от начала розжига до подключения двигателя на силовой газ составляет 10-12 минут.

4.Фракционный состав щепы, полученной на стационарной

рубительной машине нижнего склада из стволовой древесины имеет дисперсию меньше, чем щепа, произведенная передвижной рубительной машиной на лесосеке.

5.Нормальный закон распределения, полученный в результате математического моделирования процесса образования щепы с позиции теории статистических инвариантов, адекватно описывает фракционный состав измельченной древесины, производимой рубительными машинами.

6.Построенная математическая модель естественной сушки лесоматериалов позволяет определять время сушки как на лесосеке, так и нижнем складе.

7.Отработанный газ может быть использован в качестве высокотемпературного агента в сушильных камерах для щепы и лесоматериалов.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Беленький Ю.И., Глядяев С.О. Системы машин для переработки древесных отходов на технологическую щепу на лесосеке. // Технология и оборудование лесопромышленного комплекса. Вып.1 СПб.: СПбГЛТА..2008. С 43-45.
2. Глядяев С.О. Повышение эффективности использования древесных отходов лесозаготовок путем производства из них газогенераторного топлива.//Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии: Вып.186. СПб.: СПбГЛТА, 2009.С.184-187.
3. Глядяев С.О. Статистические закономерности формирования щепы в рубительных машинах. // Технология и оборудование лесопромышленного комплекса. Вып.3.СПб.: СПбГЛТА, 2009. С.57-60.
4. Беленький Ю.И., Глядяев С.О. Возможности применения газогенераторных установок на лесосеке в качестве автономного энергетического модуля. Материалы международной научно-практической конференции 27-28 марта 2009г. СПб.: СПбГЛТА, 2009. С.126-129.
5. Беленький Ю.И., Глядяев С.О. Использование древесных отходов лесозаготовок в качестве биотоплива газогенераторных

установок..- СПб.: СПбГЛТА, 2009. 70 с.

Просим принять участие в работе диссертационного Совета Д.212.008.01 или прислать Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 163007, Архангельск, наб. Северной Двины, 17, Архангельский государственный технический университет, Ученый совет. Факс:

ГЛЯДЯЕВ СЕРГЕЙ ОЛЕГОВИЧ

АВТОРЕФЕРАТ