Введение к работе
Актуальность темы.
Большая часть древесных отходов перерабатывается внутри деревообрабатывающих предприятий путем сжигания в печах с получением тепловой энергии. Однако значительную часть древесных отходов нельзя сжигать, вследствие их загрязненности различными полимерными включениями, которые при сжигании выделяют токсичные вещества. К источникам таких отходов обычно относятся предприятия по производству корпусной и мягкой мебели, дверей, оконных рам и т.д., зачастую располагающихся в черте города или поблизости, что является еще одной причиной, не позволяющей применять традиционные методы переработки.
Другой проблемой при термохимической переработке является неоднородность отходов по влагосодержанию, приводящая к снижению теплоты сгорания отходов и неустойчивости процесса термохимической переработки путем сжигания.
При этом одним из путей решения указанных проблем является организация процесса термохимической переработки путем газификации отходов деревообработки, позволяющая помимо полной утилизации отходов получить смесь горючих газов – генераторный газ, который можно использовать в горелочных устройствах котлов для получения горячей воды или пара.
Однако при газификации, в виду сложности процессов, протекающих внутри газификатора (прогрев, предварительная сушка, сухая перегонка, окислительные и восстановительные процессы), усложняется прогнозирование регулирующих параметров и конструктивных особенностей аппарата. Зависимость состава и теплотворной способности генераторного газа от параметров вышеуказанных процессов требует специального подхода к организации технологического процесса и проектированию оборудования. Поэтому разработка технологий газификации отходов, позволяющих эффективно перерабатывать высоковлажные отходы деревообработки или отходы, содержащие полимерные включения, с использованием схемы газификации топлива с последующим дожиганием генераторного газа, обеспечивающей значительное снижение выбросов вредных веществ в атмосферу, является актуальной задачей.
Работа выполнялась в соответствии с заданием Министерства образования РФ в рамках НИР №0120.0852795 «Исследование процессов высокотемпературного горения органических соединений» и при поддержке: гранта по программе «Молодежный инновационный проект» договор № 6207р/8552, гранта по программе «Старт 1» договор № 8573р/13910.
Цель работы.
Состоит в совершенствовании существующих методов прямоточной газификации отходов деревообработки и разработке методов расчета и аппаратурного оформления данного процесса.
В связи с этим в настоящей работе были поставлены следующие задачи:
1. Разработать математическую модель процесса прямоточной газификации отходов деревообработки.
2. Экспериментально исследовать процесс прямоточной газификации отходов деревообработки.
3. На основании результатов физического и математического моделирования выявить влияние параметров процесса на состав генераторного газа.
4. Разработать методику расчета для проектирования газогенераторных установок.
5. Промышленно реализовать результаты теоретических, экспериментальных исследований и конструкторских разработок.
Научная новизна.
Работа содержит научно-обоснованные технические и технологические решения, направленные на эффективную переработку отходов деревообработки методом газификации с получением генераторного газа высокой теплотворности.
Разработана математическая модель процесса прямоточной газификации отходов деревообработки, учитывающая стадии прогрева, сушки, пиролиза, горения, восстановления и взаимосвязь между ними, позволяющая прогнозировать, в зависимости от входных данных, параметры вырабатываемого генераторного газа на выходе из газификатора и основные конструктивные параметры установки.
В результате экспериментальных исследований определен характер влияния влажности отходов, расхода дутьевого воздуха, температуры в зоне горения и высоты зоны восстановления на состав генераторного газа.
В результате математического моделирования и экспериментальных исследований определены рациональная продолжительность каждой стадии процесса газификации.
Предложена новая технология термохимической переработки отходов деревообработки, содержащих полимерные включения.
Разработан способ газификации высоковлажных отходов, позволяющий получить генераторный газ высокой теплотворности.
Практическая ценность.
На базе полученных решений разработана и реализована компьютерная методика расчета процесса газификации отходов деревообработки, позволяющая выработать рекомендации по выбору рациональных режимов ведения процесса и конструктивных параметров установки.
Разработаны новые конструкции оборудования и технологические рекомендации, направленные на обеспечение максимальной энергоэффективности процесса прямоточной газификации.
Реализация работы.
Результаты проведенных в работе исследований реализованы при проектировании пилотной установки для газификации отходов деревообработки, внедряемой в настоящее время в ООО «НТЦ Альтернативная энергетика» и при разработке установки для термохимической переработки твердых отходов, принятой к внедрению в ОАО «Нижнекамскшина».
Созданная экспериментальная установка для исследования процесса газификации отходов деревообработки внедрена в учебный процесс в рамках курса «Технологические процессы и оборудование деревообрабатывающих производств».
Личный вклад автора.
Автором была сформулирована задача исследования, разработана математическая модель процесса газификации отходов деревообработки, разработана экспериментальная установка, проведены экспериментальные исследования и математическое моделирование. В ходе выполнения работы автором разработаны пилотная установка для газификации отходов деревообработки и установка для термохимической переработки древесных отходов (Пат. №2400671).
Автор защищает:
1. Способ переработки отходов деревообработки методом газификации.
2. Математическую модель процесса прямоточной газификации отходов деревообработки.
3. Результаты математического моделирования и экспериментального исследования процесса прямоточной газификации отходов деревообработки.
4. Конструкции установок для термохимической переработки отходов деревообработки.
Апробация работы.
Основные положения диссертации докладывались на научных сессиях КГТУ (Казань, 2008-2011), международных конференциях «Ресурсоэффективность и энергосбережение» (Казань, 2007), «Актуальные проблемы развития лесного комплекса» (Вологда, 2008), «Севергеоэкотех-2009» (Ухта, 2009), «Энергетика в современном мире» (Чита, 2009г), «Молодые ученые в решении актуальных проблем науки» (Красноярск, 2009).
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе 6 статей в журналах, рекомендованных ВАК, и 1 патент РФ (№ 2400671).
Объем и структура работы.
