ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Газогенераторные системы, при работе которых используется твёрдое топливо, находят широкое техническое применение. Анализ и моделирование рабочих процессов, происходящих при функционировании газогенераторных систем, позволяет обеспечить их оптимальное проектирование. При этом актуальными являются вопросы, связанные с выбором адекватных математических моделей функционирования газогенераторов, учитывающих их нетривиальную форму, изменение расчётной области с течением времени, влияние на рабочие процессы местоположения газогенераторных элементов и т.п.

Твёрдое топливо, особенно дрова, является для нас наиболее привычным. Однако о современных тенденциях в применении этого вида топлива знают немногие. В частности, появление такого типа отопительных систем, как газогенераторные котлы, могут полностью изменить наши представления о твёрдотопливных системах.

1. Актуальность темы

В последние годы в Украине наблюдается тенденция подорожания органического топлива. Особенно сильно это коснулось такого вида топлива, как природный газ. В связи с не очень хорошими отношениями с Россией в течении последних пяти лет, цена на природный газ для Украины неуклонно менялась в высшую сторону. В итоге, мы имеем цену в 400 долларов и более за 1 тыс. кубометров природного газа. И это ещё не окончательная цифра для страны. Дальнейшее подорожание "голубого" топлива для страны может стать критическим. А так как практически основная часть отопительных предприятий страны работает на газу, то это может слишком сильно ударить по тарифам для населения и предприятий. В связи с этим, начиная с недавнего времени, президент страны и кабмин приняли постановление по снижению расхода природного газа и переход на другие источники тепловой энергии. В основном выбор пал на уголь. Так как это самый доступный источник топлива в нашей стране, и относительно не дорогой. Поэтому и тема моей работы тесно связанная с данной задачей, поставленной руководством нашей страны.

В своей магистерской работе я хочу исследовать принцип работы так называемых газогенераторных котлов (другое название-пиролизные котлы), определить какие процессы проходят в них. Также я планирую произвести оценку эффективности использования топлива в данном виде котла, для того, что бы выяснить, насколько рационально использовать тот или иной вид твёрдого топлива именно в этом котле.

2. Цель и задачи исследования

Целью исследования является проект нового типа котла, работающего на твёрдом топливе, а также на твёрдых горючих отходах.

Основные задачи исследования:

  1. Анализ процессов газификации
  2. Исследование тепловых процессов происходящих в котле в котле
  3. Поиск и выявление преимуществ и недостатков работы котла
  4. Возможность проектирования подобных котлов малой и большой мощности
  5. Изменения конструкции котла, с целью повышения его эффективности

Объект исследования: Газогенераторный котёл.

Предмет исследования: Использование генераторного газа во второй ступени котла, для дальнейшего его дожигания, с целью повышения КПД котла.

3. Основные положения

Пиролизный котёл (др. название - газогенераторный котёл) - твёрдотопливный котел, в основу работы которого положен принцип пиролизного сжигания (или сухой перегонки) топлива. Такой котёл имеет более высокий КПД, а, следовательно, с меньшего объёма древесины можно получить больше тепловой энергии, чем при аналогичной работе «традиционного» котла.

Твёрдотопливный котёл с пиролизным сжиганием имеет один значительный недостаток – это его цена. Она на порядок выше, чем у традиционных твёрдотопливных котлов. Однако эта разница быстро окупается вследствие более высокого КПД.

Конструкция пиролизного котла приведенна на рис.1

Конструкция пиролизного котла

Рисунок 1 – Конструкция пиролизного котла

В основу работы газогенераторного котла положен принцип пиролизного сжигания (или сухой перегонки) топлива, суть которого заключается в том, что под действием высокой температуры и в условиях недостатка кислорода сухая древесина разлагается на летучую часть - так называемый пиролизный газ и твердый остаток - древесный уголь (кокс).

Пиролиз древесины осуществляется при температуре 1100°С. Причем процесс этот экзотермический, то есть идущий с выделением тепла, за счет чего, кстати, улучшается прогрев и подсушивание топлива в котле, и происходит подогрев поступающего в зону горения воздуха.

Смешение кислорода воздуха с выделившимся пиролизным газом при высокой температуре вызывает процесс горения последнего, который используется в дальнейшем для получения тепловой энергии. При этом следует отметить, что пиролизный газ в процессе сгорания взаимодействует с активным углеродом, в результате чего дымовые газы на выходе из котла практически не содержат вредных примесей, являясь, по большей части, смесью углекислого газа и водяного пара. И даже СО2 такой котел будет выбрасывать в атмосферу до 3-х раз меньше, чем обычный дровяной и, тем более, угольный котёл.

Процесс пиролиза указан на рис.2

Процесс пиролиза

Рисунок 2 – Процесс пиролиза

Котёл состоит из двух камер, расположенных одна над другой. Верхняя камера представляет собой топливный бункер. В неё закладываются дрова, и здесь же происходит их горение, в результате которого выделяется «древесный газ». Благодаря процессу газификации, в топливном бункере происходит предварительное подсушивание дров, а также подогрев воздуха, напрявляемого в камеру сгорания. Нижний отсек является камерой сгорания и зольником одновременно. Здесь происходит непосредственно процесс сжигание древесного газа и скапливается отработанный пепел. Между этими двумя камерами находится газифицирующая форсунка. Регулирование мощности котла происходит посредством регулирования наддувом вторичного воздуха.

Этапы работы пиролизного котла приведенны в рис.3

Этапы работы пиролизного котла

Рисунок 3 – Этапы работы пиролизного котла

Этапы работы пиролизного котла:

  1. Этап 1 – Сушение и дегазация древесины. Температура - 450°С
  2. Этап 2 – Сжигание смеси древесного газа со вторичным воздухом. Температура - 560°С
  3. Этап 3 – Дожигание древесного газа при температуре 1100°С (процесс сухой дистилляции – пиролиз) и теплообмен
  4. Этап 4 – Выброс выхлопных газов дымоходной цапфой. Температура - 160°С

Пиролизные котлы рекомендуется топить как можно более сухой древесиной, тогда обеспечивается работа котла на максимальной мощности и длительный срок его службы. Например, дерево с 12 - 20%-ным содержанием воды имеет теплоту сгорания 4 кВт-час на 1 кг древесины, дерево с 50%-ным содержанием воды имеет теплоту сгорания 2 кВт-час / 1 кг древесины.

График зависимости теплотворной способности топлива от содержания воды в древесине указан в рис.4

Зависимость теплотворной способности топлива от содержания воды в древесине

Рисунок 4 – Зависимость теплотворной способности топлива от содержания воды в древесине

4. Достоинства и недостатки

Достоинства:

  1. Регулируемый процесс горения (подачей первичного воздуха) — до 12 часов с одной закладки (у обычных дровяных котлов порядка 3—4 часов[2], однако у котлов верхнего горения этот показатель существенно больше — от 30 часов на дровах до 6—7 дней на угле)
  2. Полное сгорание топлива. Как следствие, гарантирована экономичность горения, реже надо чистить зольник и газоходы
  3. Двухступенчатое сжигание позволяет снизить избыток воздуха в уходящих газах (повышает экономичность)
  4. Процесс горения пиролизных газов легко поддается управлению и регулировке, что позволяет автоматизировать работу такого котла приблизительно в той же степени, что и работу газовых или жидкотопливных котлов
  5. Снижение выбросов вредных веществ в атмосферу (в частности, высокая температура в верхней камере подавляет CO)
  6. Применение данного типа котлов стимулирует к отказу от применения неподсушенного топлива, что повышает эффективность хозяйствования
  7. Возможность сжигания крупных (даже неколотых) дров.

Недостатки:

  1. Более высокая (в 1,5—2 раза) стоимость
  2. Энергозависимость — без дымососа работать не могут
  3. Требовательность к влажности топлива
  4. У некоторых моделей замечены изменения мощности в процессе сначала возрастающего, потом затухающего выхода летучих в ходе пиролиза
  5. На малых (ниже 50 %) нагрузках горение не стабильно, отмечается образование дёгтя в газоходах
  6. Температура обратной воды должна быть не меньше 60 °C (редко 40°) во избежание выпадения в газовом тракте конденсата и низкотемпературной коррозии (это обычное требование к котлам, проблема легко решается подмесом прямой воды к обратной)
  7. В дровяной пиролизный котёл нельзя организовать автоматическую подачу топлива (нужны крупные дрова); вместе с тем есть пеллетные пиролизные котлы
  8. Значительная часть публикаций о пиролизных котлах носит ярко выраженный рекламный характер, в результате сформировать объективное представление о них порой проблематично.

Выводы

В Украине твёрдое топливо является не только самым привычным, но и самым доступным. В первую очередь, конечно, это относится к углю – один из крупнейших каменноугольных бассейнов расположен на территории нашей страны. Это обуславливает относительно не высокую стоимость этого вида топлива на украинском рынке. Поэтому украинские предприятия всё чаще предпочитают твердотопливные котлы системам отопления, работающим на газе или других видах жидкого топлива. В то же время, пиролизные котлы имеют довольно много преимуществ перед другими видами котлов, работающих на дровах или угле. Высокий КПД этого типа котлов и возможность закладки дров раз в сутки могут стать решающими для предприятия, несмотря на несколько (иногда значительно) более высокую стоимость котлов пиролизного типа.

При написании данного реферата магистерская работа ещё не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2012 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

  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.