ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Газогенераторні системи, при роботі яких використовується тверде паливо, знаходять широке технічне застосування. Аналіз та моделювання робочих процесів, що відбуваються при функціонуванні газогенераторних систем, дозволяє забезпечити їх оптимальне проектування. При цьому актуальними є питання, пов'язані з вибором адекватних математичних моделей функціонування газогенераторів, що враховують їх нетривіальну форму, зміна розрахункової області з плином часу, вплив на робочі процеси розташування газогенераторних елементів і т.п.

Тверде паливо, особливо дрова, є для нас найбільш звичним. Однак про сучасні тенденції в застосуванні цього виду палива мало хто знає. Зокрема, поява такого типу опалювальних систем, як газогенераторні котли, можуть повністю змінити наші уявлення про твердопаливних системах.

1. Актуальність теми

В останні роки в Україні спостерігається тенденція подорожчання органічного палива. Особливо сильно це торкнулося такого виду палива, як природний газ. У зв'язку з не дуже хорошими відносинами з Росією протягом останніх п'яти років, ціна на природний газ для Україні неухильно змінювалася у вищу сторону. В підсумку, ми маємо ціну в 400 доларів і більше за 1 тис. кубометрів природного газу. І це ще не остаточна цифра для країни. Подальше подорожчання "блакитного" ??палива для країни може стати критичним. А так як практично основна частина опалювальних підприємств країни працює на газу, то це може занадто сильно вдарити по тарифах для населення і підприємств. У зв'язку з цим, починаючи з недавнього часу, президент країни і кабмін прийняли постанову щодо зниження витрат природного газу і перехід на інші джерела теплової енергії. В основному вибір припав на вугілля. Так як це найдоступніший джерело палива в нашій країні, і відносно не дорогий. Тому й тема моєї роботи тісно пов'язана з даним завданням, поставленої керівництвом нашої країни.

У своїй магістерській роботі я хочу дослідити принцип роботи так званих газогенераторних котлів (інша назва-піролізні котли), визначити які процеси проходять у них. Також я планую зробити оцінку ефективності використання палива в даному виді котла, для того, щоб з'ясувати, наскільки раціонально використовувати той чи інший вид твердого палива саме в цьому казані.

2. Мета і задачі дослідження

Метою дослідження є проект нового типу котла, що працює на твердому паливі, а також на твердих горючих відходах.

Основні завдання дослідження:

  1. Аналіз процесів газифікації
  2. Дослідження теплових процесів, що відбуваються в казані в котлі
  3. Пошук та виявлення переваг і недоліків роботи котла
  4. Можливість проектування подібних котлів малої та великої потужності
  5. Зміни конструкції котла, з метою підвищення його ефективності

Объект исследования: Газогенераторний котел.

Предмет исследования: Використання генераторного газу в другому щаблі котла, для подальшого його допалювання, з метою підвищення ККД котла.

3. Основні положення

Піролізний котел (ін. назва - газогенераторний котел) - твердопаливний котел, в основу роботи якого покладено принцип піролізного спалювання (або сухої перегонки) палива. Такий котел має більш високий ККД, а, отже, з меншого обсягу деревини можна отримати більше теплової енергії, ніж при аналогічній роботі «традиційного» котла.

Твердопаливний котел з піролізного спалювання має один значний недолік - це його ціна. Вона на порядок вище, ніж у традиційних твердопаливних котлів. Проте ця різниця швидко окупається внаслідок більш високого ККД.

Конструкція піролізного котла приведена на рис.1

Конструкція піролізного котла

Рисунок 1 - Конструкція піролізного котла

В основу роботи газогенераторного котла покладено принцип піролізного спалювання (або сухої перегонки) палива, суть якого полягає в тому, що під дією високої температури і в умовах нестачі кисню суха деревина розкладається на летючу частина - так званий піролізний газ і твердий залишок - деревне вугілля ( кокс).

Піроліз деревини здійснюється при температурі 1100 ° С. Причому процес цей екзотермічний, тобто йде з виділенням тепла, за рахунок чого, до речі, поліпшується прогрівання і підсушування палива в котлі, і відбувається підігрів що надходить в зону горіння повітря.

Змішання кисню повітря з виділом піролізні газом при високій температурі викликає процес горіння останнього, який використовується в подальшому для отримання теплової енергії. При цьому слід зазначити, що піролізний газ в процесі згоряння взаємодіє з активним вуглецем, в результаті чого димові гази на виході з котла практично не містять шкідливих домішок, будучи, по більшій частині, сумішшю вуглекислого газу і водяної пари. І навіть СО2 такий котел буде викидати в атмосферу до 3-х разів менше, ніж звичайний дров'яної і, тим більше, вугільний котел.

Процес піролізу зазначений на рис.2

Процес піролізу

Рисунок 2 - Процес піролізу

Котел складається з двох камер, розташованих одна над іншою. Верхня камера являє собою паливний бункер. У неї закладаються дрова, і тут же відбувається їх горіння, в результаті якого виділяється «деревне газ». Завдяки процесу газифікації, в паливному бункері відбувається попереднє підсушування дров, а також підігрів повітря, напрявляются в камеру згоряння. Нижній відсік є камерою згоряння і зольником одночасно. Тут відбувається безпосередньо процес спалювання деревного газу і скупчується відпрацьований попіл. Між цими двома камерами знаходиться газифікуються форсунка. Регулювання потужності котла відбувається за допомогою регулювання наддувом вторинного повітря.

Етапи роботи піролізного котла наведені на рис.3

Етапи роботи піролізного котла

Рисунок 3 - Етапи роботи піролізного котла

Етапи роботи піролізного котла:

  1. Етап 1 - Сушіння і дегазація деревини. Температура - 450 ° С
  2. Етап 2 - Спалювання суміші деревного газу з вторинним повітрям. Температура - 560 ° С
  3. Етап 3 - Спалювання деревного газу при температурі 1100 ° С (процес сухої дистиляції - піроліз) і теплообмін
  4. Етап 4 - Викид вихлопних газів димохідної цапфою. Температура - 160 ° С

Піролізні котли рекомендується топити як можна більш сухий деревиною, тоді забезпечується робота котла на максимальній потужності і тривалий термін його служби. Наприклад, дерево з 12 - 20% вмістом води має теплоту згоряння 4 кВт-год на 1 кг деревини, дерево з 50% вмістом води має теплоту згоряння 2 кВт-год / 1 кг деревини.

Графік залежності теплотворної здатності палива від вмісту води в деревині вказаний в рис.4

Залежність теплотворної здатності палива від вмісту води в деревині

Рисунок 4 – Залежність теплотворної здатності палива від вмісту води в деревині

4. Переваги і недоліки

Переваги:

  1. Регульований процес горіння (подачею первинного повітря) - до 12:00 з одного закладки (у звичайних дров'яних котлів близько 3-4 годин [2], однак у котлів верхнього горіння цей показник істотно більше - від 30 годин на дровах до 6-7 днів на вугіллі)
  2. Повне згоряння палива. Як наслідок, гарантована економічність горіння, рідше треба чистити зольник і газоходи
  3. Двоступенева спалювання дозволяє знизити надлишок повітря у вихідних газах (підвищує економічність)
  4. Процес горіння піролізних газів легко піддається управлінню і регулюванню, що дозволяє автоматизувати роботу такого котла приблизно в тій же мірі, що і роботу газових або рідкопаливних котлів
  5. Зниження викидів шкідливих речовин в атмосферу (зокрема, висока температура у верхній камері пригнічує CO)
  6. Застосування даного типу котлів стимулює до відмови від застосування неподсушенного палива, що підвищує ефективність господарювання
  7. Можливість спалювання великих (навіть нерозколенні) дров.

Недоліки:

  1. Більш висока (в 1,5-2 рази) вартість
  2. Енергозалежність - без димососа працювати не можуть
  3. Вимогливість до вологості палива
  4. У деяких моделей помічені зміни потужності в процесі спочатку зростаючого, потім затухаючого виходу летких в ході піролізу
  5. На малих (нижче 50%) навантаженнях горіння не стабільно, зазначається освіта дьогтю в газоходах
  6. Температура зворотної води повинна бути не менше 60 ° C (рідко 40 °), щоб уникнути випадання в газовому тракті конденсату і низькотемпературної корозії (це звичайна вимога до казанів, проблема легко вирішується підмішуванням прямої води до зворотної)
  7. У дров'яної піролізний котел не можна організувати автоматичну подачу палива (потрібні великі дрова); разом з тим є пелетні піролізні котли
  8. Значна частина публікацій про піролізних котлах носить яскраво виражений рекламний характер, в результаті сформувати об'єктивне уявлення про них деколи проблематично.

Висновки

В Україну тверде паливо є не тільки самим звичним, але і самим доступним. У першу чергу, звичайно, це відноситься до вугілля - один з найбільших кам'яновугільних басейнів розташований на території нашої країни. Це обумовлює відносно не високу вартість цього виду палива на українському ринку. Тому українські підприємства все частіше віддають перевагу твердопаливні котли системам опалення, які працюють на газі або інших видах рідкого палива. У той же час, піролізні котли мають досить багато переваг перед іншими видами котлів, що працюють на дровах або вугіллі. Високий ККД цього типу котлів і можливість закладки дров раз на добу можуть стати вирішальними для підприємства, незважаючи на кілька (іноді значно) більш високу вартість котлів піролізного типу.

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2012 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Перелік посилань

  1. Мухина Т. Н. «Пиролиз углеводородного сырья» Т. Н. Мухина, Н. Л. Барабанов, С. Е. Бабаш — М.: Химия, 1987. — 240 с.
  2. «Химия и переработка угля»/ Под ред. д-ра х. н. проф. В. Г. Липовича. – М.:
  3. Гориславец С. П. «Пиролиз углеводородного сырья»/ С. П. Гориславец, Д. Н. Тменов, В. И. Майоров; АН УССР, Ин-т газа. – Киев: «Наук. Думка», 1977. –307 с.
  4. «Пиролиз углеводородного сырья»/ [Т. Н. Мухина, Н. Л. Барабанов, С. Е. Бабаши др.]. – М.: Химия, 1987. – 238 с.
  5. Nakamura D.N. Global ethylene capacity increases slightly in 06 [Ежегодный отчет] / D.N. Nakamura // Oil and Gas Journal. — 2007. — v.105. — № 27.
  6. Эффективность использования топлива. М.Б. Равич Издательство Наука. -М.: 1977. - 345 с.
  7. Ковернинский И. Н. Основы технологии химической переработки древесины / Рытенко В.С., Кондратьева Н.Н., Кознова О.А., Изд-во "Лесная промышленность", 1984, 183 с.
  8. Головков С. И. Энергитическое использование древесных отходов / Коперин И.Ф., Найденов В.И., Изд-во "Лесная промышленность", 1987, 216 с.
  9. Гамбург Д.Ю. Производство генераторного газа на базе твердого топлива / Семёнов, В.П. ,Химическая промышленность.-1983,152с
  10. Альтшулер В.С. Современное состояние и развитие технологии газификации твердого топлива // Химическая технология. - 1985.