Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Обоснование основных принципов снижения стоимости производства пеллет .
1.1. Анализ способов подготовки твердого биотоплива для сжигания в теплогенерирующих установках.
1.2 Гранулирование (пеллетирование) - как способ переработки твердого биотоплива .
1.3 Способы снижения затрат на подготовку твердого биотоплива к сжиганию.
1.4 Причины увеличения стоимости конечной продукции в технологическом цикле производства пеллет.
Выводы по первой главе. 22
Глава II. Разработка мобильной энергоавтономной установки по производству пеллет
2.1 Общая структура энергоавтономной установки, использующей генераторный газ.
2.2 Обзор конструкции газогенераторов 25
2.3 Принципиальная схема энергоавтономной установки мобильного базирования для производства пеллет
2.4 Агрегатирование установки по шасси. 32
2.4.1 Шасси №1. Рубильная машина 32
2.4.2 Шасси №2. Барабанная сушилка, молотковая дробилка.
2.4.3 Шасси №3 Теплогенератор и камера смешения. 34
2.4.4 Шасси №4 Энергоблок
2.4.5 Шасси №5 Пресс-гранулятор. Нория. 46
2.5 Энергосберегающие решения в установке по производству энергопеллет
2.6 Обоснование расчетной производительности установки. 48
Выводы по второй главе 50
Глава III. Разработка метода расчета мобильной энергоавтономной установки для производства пеллет .
3.1 Общий алгоритм расчета 52
3.2 Блок "Состав сырья" 54
3.3 Блок "Расчет состава генераторного газа" 55
3.4 Блок "Расчет состава дымовых газов" 62
3.5 Блок "Расчет двигателя" 64
3.6 Блок "Ввод данных по барабанной сушилке" 65
3.7 Блок "Расчет барабанной сушилки" 66
3.8 Блок "Расчет параметров сушильного агента" 68
3.9 Блок "Задание параметров для расчета теплообменнику". 69
3.10 Блок "Расчет теплообменника". 69
3.11. Блок "Расчет газогенератора". 75
3.12. Блок "Расчет двухпроводной горелки на генераторном газе". 79
3.13 Блок "Расчет конструктивных параметров теплогенератора" 94
Выводы по главе III 99
Глава IV. Результаты расчета, конструирования и функционально-стоимостного анализа установки производительностью 1000 кг/час пеллет .
4.1 Схемы движения рабочих тел и энергии в установке 100
4.2 Конструктивное исполнение установка производительностью 1000 кг/ч пеллет
4.3 Функционально-стоимостной анализ установки по производству энергопеллет
Выводы по главе IV.
Заключение
Библиографический список
- Гранулирование (пеллетирование) - как способ переработки твердого биотоплива
- Принципиальная схема энергоавтономной установки мобильного базирования для производства пеллет
- Конструктивное исполнение установка производительностью 1000 кг/ч пеллет
- Функционально-стоимостной анализ установки по производству энергопеллет
Введение к работе
Объект исследованя
Технология гранулирования (пеллетирования) биотоплива достаточно широко применяется при его использовании в отопительных целях. Это обусловлено тем, что пеллеты имеют ряд преимуществ перед другим биотопливом (к примеру, топливной щепой, опилом или торфобрикетами). Эти преимущества делятся на две группы. Первая группа - это удобство хранения. Древесные пеллеты по причине, их высокой теплоты сгорания нуждаются в более меньшем объеме для хранения чем другие биогенные твердые топлива, что позволяет создать запас топлива для всего отопительного периода. В то же время пеллеты, из-за их высокой плотности, малой реакционной поверхности и защитной влагостойкой пленки из лигнина, совершенно не боятся самовоспламенения, в то время, как при использовании щепы или опила, самовоспламенение является большой проблемой. Вторая группа преимуществ - это транспортабельность пеллет. Пеллеты являются нормированным по размеру и массе сыпучим топливом, что позволяет применять автоматизированные систем топливоподачи. При этом надежность данных систем сравнима с аналогичным на дизтопливе или природном газе, в то время как системы на щепе или опиле требуют постоянного контроля со стороны обслуживающего персонала [58].
К этому следует добавить, что после подписания Россией международного соглашения по сокращению выбросов парниковых газов (Киотский протокол) [52,53,54,55,89], доля гранулированного биотоплива (пеллет) в топливном балансе страны должен будет повышаться [59,83,91]. Это связано с тем, что пеллеты являются экологически наиболее безопасным топливом. Во-первых, пеллеты в противоположность ископаемым энергоносителям, С02 - нейтральны. Это означает, что сгорание пеллет освобождает такую массу диоксида углерода, которое раньше при росте дерева
было взято из атмосферы (замкнутая циркуляция углерода). При сгорании ископаемых топлив напротив высвобождается диоксид углерода, который был накоплен ранее. Это высвобождение ведет к повышению С02-содержания в нашей атмосфере и, как следствие, к увеличению парникового эффекта. Во-вторых, наряду с уменьшением выбросов диоксида углерода при сжигании пеллет уменьшаются выбросы диоксида серы S02. Так как этот газ образует кислотные дожди, то применение пеллет в качестве топлива позволяет защитить природу от повреждений, наносимых кислотой. В-третьих, экологические транспортные риски для пеллет крайне малы. Загрязнение окружающей среды, вследствие аварий танкера или прорывов в трубопроводе, отсутствует при использовании пеллет как топлива [80]. Также опасность взрывов, пожаров и загрязнений подземных вод на складах пеллет существенно меньше, чем на складах углеводородного топлива.
Кроме того, в связи с истощением запасов углеводородного топлива, возобновляемые виды топлив начинают играть все большую и большую роль в топливном балансе большинства стран [14,18,21,30,42], при этом биотопливо является одним из наиболее перспективных [22,40,71,72,7378,84,86]. Российская федерация в этом плане не является исключением [23,26,31,44].
Краткая история развития технологии изготовления и использования пеллет
Процесс брикетирования топлива предложен в 30-х гг. XIX века русским инженером А. П. Вешняковым, который разработал метод получения прочных брикетов из отходов древесного и каменного угля, назвав этот вид топлива карболеином. В 1858 в Германии пущена первая буроугольная брикетная фабрика, а в 1860 - каменноугольная с вальцевыми прессами. Наиболее ранние методы изготовления и применения собственно пеллет (гранул) появились в 20х годах ХХвека в США, разработчиком которых являлся Руди Гуннерман [66]. Однако, массовое использование пеллет в качестве топлива так и не было достигнуто. Методы производств и сжигания пеллет были недостаточно
7 эффективны, далее их прервала II мировая война, а после войны дешевая нефть и приближающийся атомный век, казалось бы, поставили крест на использовании биомассы в качестве топлива. Однако нефтяной кризис 70х годов показал, что это не так.
Были выделены значительные суммы на разработку топливных технологий, альтернативных традиционным нефти и газу, что вызвало всплеск творчество исследователей и конструкторов. Это привело к созданию и внедрению в производство технологии производства и сжигания пеллет для энергетических целей. Первая фабрика пеллет была сооружена в Броунвилле (штат Орегон, США) уже к середине 70х годов. На тот момент пеллеты производились исключительно «промышленного» класса, длиной более 70 мм, для энергетических котлов и крупных отопительных котельных. В последующие годы технология изготовления пеллет развивалась дальше, однако все еще исключительно для индустриальных нужд. Между 1977 и 1983 годом было построено более чем 20 крупных пеллетных производств в США, в основном для обеспечения топливом ТЭС. В 1984 году Витфилд предлагает конструкцию отпительного котла-камина для частного дома, работающего на пеллетах. Данный котел имел полную автоматизацию и высокий КПД, что позволяло ему конкурировать с котлами на природном газе и жидком печном топливе [2]. Данное изобретение позволило пеллетам прорваться на рынок топлива для частных домов, что не замедлило сказаться на технологии их изготовления. Появились технологии, позволяющие производить так называемые «пеллеты 1 класса», предназначенные специально для частных домов. Они отличаются меньшими размерами, а также более высокими требования к составу и качеству, при их сжигании количество вредных веществ в дымовых газах минимально. Одновременно с этим, технологии производства и применения пеллет развиваются в Европе. Те страны, у которых использование данного топливо было исторически обусловлено, использовали его раньше, другие позже. Швеция и Дания были европейскими форейторами.
8 В Швеции первые пеллеты производились уже в 1982 году, разумеется, как и в США только для промышленного применения и больших отопительных котельных. Инициатором его использования в Швеции был Ян Ерик Дальстром, который много сделал для популяризации данного вида топлива. В течении 1984-1990 годов, Швеция, после введения в стране закона о выбросах СО2, была мировым лидером в секторе пеллет для больших электростанций,. В настоящее время, в котлах суммарной мощностью 3100 МВт в Швеции сжигается ежегодно больше чем 200000т пеллет. Правительственной программой Швеции предусмотрено увеличить потребление пеллет до 7 млн. тонн в год уже к 2010 году. К другим крупным потребителям пеллет в Европе относятся Австрия, Германия, а также Италия. Соответственно в данных странных также развито производство установок по изготовлению пеллет. Советские и российские разработки по сжиганию биотоплива были направлены в основном на утилизацию отходов лесной промышленности и предусматривали, в основном, сжигание непереработаного биотоплива [51,61,78]
Современное состояние
Укрупненная технологическая схема производства пеллет представлена на рисунке 1. Рисунок I. Технологическая схем производства пеллет
1. Подогреватель воздуха; 2. Материалопровод; 3. Дробилка молотковая; 4. Барабан сушильный; 5. Батарейный циклон; 6. Вентилятор; 7. Пресс-гранулятор; 8. Охладитель-просеиватель гранул
9
На стадии подготовки сырья щепа, опил, кора, стружка подаются в молотковую
дробилку, установленную над загрузочным устройством материалопровода.
Измельченное сырье по материалопроводу попадает в камеру сушильного
агрегата. Отбор излишней влаги осуществляется горячим воздухом,
выработанным теплогенератором. Далее измельченный и высушенный продукт
по пневмотранспорту поступает в батарейный циклон, где происходит
разделение высушенного материала и теплоносителя. Отработанный
теплоноситель выбрасывается в атмосферу, а высушенный материал подается
на питающее устройство пресса-гранулятора непрерывного действия.
Питающее устройство пресса-гранулятора направляет измельченные и
высушенные древесные отходы во внутреннюю полость вращающейся
матрицы, имеющей отверстия, в которых происходит формирование гранул
давлением, созданным при прохождении продукта между матрицей и
роликами, вращающимися на эксцентриковых осях.
Через выходное отверстие пресса-гранулятора готовые гранулы попадают на охлаждающий транспортер - просеиватель, где происходит охлаждение и очистка гранул от мелкой фракции. Мелкая фракция, собранная пылеулавливающей установкой, подается обратно в бункер над прессом-гранулятором, делая процесс непрерывным и безотходным. Очищенные и остывшие гранулы попадают в тару для упаковки и транспортировки к месту хранения. Современные российские технологии по сжиганию биотоплива используют либо вышеуказаную технологию, либо методы сжигания непереработного топлива (щепа, кусковая древесина) [49,62,74,86,99] Недостатки современных технологий пеллетирования.
Малая распространенность пеллет связана с их достаточно высокой стоимостью. Это связано с рядом недостатков традиционной технологии пеллетирования. Во-первых, стационарное производство пеллет имеет высокие транспортные расходы на перевозку сырья. Во вторых, после выработки всего сырья в пределах экономически обоснованного радиуса действия завод должен
10 либо демонтироваться, либо перевозится на другое место. В-третьих, технология пеллетирования требует потребления сторонней электроэнергии иди природного газа, что составляет от 30 до 50 % себестоимости пеллет. Цель диссертационной работы
Научное обоснование разработки автономной установки по производству пеллет с энергообеспечением от перерабатываемого сырья, позволяющей снизить стоимость их производства. Признаки предмета исследования и его определение
Диссертационная работа направлена на уменьшение себестоимости гранулированного топлива, за счет разработки технологии производства пеллет с энергообеспечением от перерабатываемого сырья и снижения транспортных расходов, а также на разработку математической модели по движению рабочих тел и энергии в разработанной технологии. Предметом исследования является энергообеспечение технологии производства пеллет за счет перерабатываемого сырья.
Формулировка научной проблемы
Научное обоснование разработки автономной установки по производству пеллет с энергообеспечением от перерабатываемого сырья Направления исследований
Поиск путей повышения эффективности установок по производству пеллет на основании анализа состояния вопросов теории и практики их проектирования, современных тенденций развития
Поиск и разработка новых технических решений установок по производству пеллет.
Развитие теоретических положений по расчету и проектированию предложенной установки по производству пеллет с энергообеспечением от перерабатываемого сырья. Предполагаемые методы исследований
в работе использованы эмпирические и теоретические методы исследования. Решения задач базируются на известных теоретических положениях физико-химических основ горения, механики жидкостей и газов, математического моделирования и деталей машин. Аннотация диссертации
В первой главе приведен аналитический обзор современного состояния вопроса по разработке установок для переработки отходов лесной, торфодобывающей, и сельхоз-перерабатывающей промышленности. Показано, что пеллетирование (гранулирование) являются наиболее прогрессивным способом переработки горючей биомассы в топливо для отопительных целей. Приведен технико-экономический анализ технологии производства пеллет. Рассмотрены проблемы транспортировки исходного сырья и конечной продукции, а также источники обеспечения технологии тепло-энергоносителями. В результате поиска были сформулированы два основных принципа снижения стоимости производства пеллет: мобильность и автономное энергообеспечение.
Во второй главе приведены результаты поиска методов реализации данных принципов. Мобильность обеспечивается размещением агрегатов установки на транспортных носителях, в качестве которых, как наиболее оптимальные, приняты автомобильные шасси. В качестве источника автономного энергообеспечения был выбран генераторный газ. Было проанализировано современное состояние вопроса проектирования и производства газогенераторов. Для проектируемой установки был выбран слоевой газогенератор обращенного типа. Предложена общая структура установки по производству пеллет, реализованная в патенте №55774 «Установка переработки биотоплива» от 28.03.2006, (патентообладатель ГОУ ВПО «Ижевский Государственный Технический Университет», авторы В.Н.Диденко, Д.А. Плотников.). Также представлены результаты мобильного варианта реализации этой структуры с агрегатированием по шасси. Приводятся
12 результаты определения оптимальной производительности установки мобильного базирования.
В третьей главе излагается метод расчета установки в виде общего алгоритма и частных методик по расчету отдельных агрегатов установки. В четвертой главе представлены результаты применения разработанного метода для проектирования мобильной установки по производству пеллет.
На защиту выносятся:
Результата анализа современного состояния вопроса по разработке установок по переработке в топливо отходов лесной промышленности, торфодобывающей промышленности, и с/х перерабатывающей промышленности, результаты технико-экономического анализа технологии производства пеллет, результаты поиска основных принципов снижения стоимости производства пеллет.
Разработаыые общая структура и принципиальная схема установки для производства пеллет с энергообеспечением от перерабатываемого сырья, а также результаты обоснования оптимальной производительности предлагаемой установки
Разработанный метод расчета установки.
Конструктивные решения агрегатов установки для производства пеллет мобильного базирования с автономным энергообеспечением от перерабатываемого сырья и технико-экономическая оценка ее эффективности.
Благодарности
Научным руководителем данной работы является д.т.н., проф. В.Н. Диденко и ему автор выражает особую признательность за всестороннюю помощь. Диссертация подготовлена на кафедре «Теплогенерирующие установки и газоснабжение» ГОУ ВПО ИжГТУ, автор выражает благодарность всему коллективу, особенно заведующей кафедрой к.т.н., доц. О.И. Варфоломеевой.
13 Автор искренне признателен к.т.н., доц. Д.Н. Попову за консультации по программным методам расчета и Д.А Хворенкову за проявленный интерес к работе. Автор рад случаю поблагодарить своих родных и близких за понимание и поддержку.
Гранулирование (пеллетирование) - как способ переработки твердого биотоплива
Наиболее глубоким методом переработки биотоплива является гранулирование, при котором нормируется как фракционный состав, так и влажность. Но данный метод является и наиболее дорогим. Пеллеты имеют следующие преимущества по сравнению с другими видами биотоплива [3,6,12]: - высокая плотность 1200 кг/м (насыпная 630 кг/м ), что обеспечивает снижение объемов перевозок и складов для хранения - нормируемая влажность, менее 12%, при этом поверхностный слой лигнина препятствует набору влаги из воздуха - нормируемый размер, что обеспечивает надежность работы систем топливоподачи - отсутствие воздушных пор, что ликвидирует возможность самовозгорания - высокая пожаробезопасность, поскольку для розжига пеллет требуется длительное температурное воздействие (сравнимо с углем). Снижение транспортных расходов Отечественный уровень лесопользования рассчитывался исходя из общей площади спелых и перестойных лесов так, чтобы гарантировать устойчивые объемы заготовок в течение первых 20-30 лет освоения массивов первозданной тайги. В результате, фронт освоения нетронутых лесов уже 70 лет уходит все дальше от крупных промышленных центров с развитой инфраструктурой [95].
В силу специфики географических условий, различий в климате и рельефе местности, неодинакового экономического потенциала отдельных районов и лесосырьевых баз современного фронта освоения нетронутых лесов, доля участия автомобильного транспорта в общем объеме транспортировки леса составляет 87%. В конечном счете, это выливается в 70% себестоимости древесины [95]. Вследствие этого вывозка неподготовленного биотоплива непосредственно с лесосеки, в большинстве случаев оказывается экономически невыгодной, поскольку перевозимое биотопливо должно иметь минимальную влажность и максимальную плотность.
Для сжигания биотоплива оптимальна, так называемая, воздушно-сухая влажность, составляющая 12%. Влажность свежесрубленной древесины составляет от 70 до 91 % [95], в случае летней просушки влажность можно снизить до 40%.. Транспортировка этой дополнительной влаги является невыгодной. Кроме того, как было сказано выше, коэффициент полнодревесности для технологической щепы составляет 0,36 [36], другими словами 2/3 объема перевозки щепы - это воздух.
Производительность лесовозного автотранспорта и себестоимость вывозки леса напрямую зависят от таких показателей, как грузоподъемность транспортных средств, коэффициент использования пробега, продолжительность простоя лесовозного транспорта при погрузочно-разгрузочных работах, а также от технической скорости транспорта [60].
Вывозка леса осуществляется в разных условиях, поэтому показатели работы лесовозного транспорта даже одного предприятия могут быть различными. Вывозка осуществляется по разным маршрутам, на различные расстояния и с различными техническими скоростями.
Наибольшее влияние на условную удельную производительность оказывают средняя скорость движения лесовозного автотранспорта, масса перевозимого 17 груза, удельный расход топлива, степень комфортности рабочего места водителя, приспособленность автотранспорта к погрузочно-разгрузочным работам, техническому обслуживанию и ремонту [95].
Таким образом, перевозимое биотопливо должно иметь минимальную влажность и максимальную плотность, а установки по его переработке должны быть максимально приближены к местам скопления сырья.
Наиболее распространенным видом твердого биотоплива на настоящее время является топливная щепа. Вывозка щепы непосредственно с лесосеки, до недавнего времени была не всегда оправдана с экономической точки зрения из-за отсутствия гарантированного сбыта и низкого уровня организации, диспетчеризации и концентрации работ, особенно на рубках ухода. Огромное влияние в последнем случае имеет также использование устаревшего парка низкопроизводительных передвижных рубильных машин и раздробленности лесных участков. Из-за этого возникают длительные простои автощеповозов в ожидании и во время погрузки технологической щепы, а также дополнительные трудовые и материальные затраты при невозможности использования сменных прицепов.
С ратификацией Киотского договора сформировался рынок топливной биомассы, стоимость которой на фоне интенсивно дорожающих нефтепродуктов становится все более приемлемой для экспортных поставок. Сдерживающими факторами увеличения использования древесных отходов для энергетических целей являются не только несовершенство технических средств по перевозке, но и несовершенство существующих технологических схем переработки и заготовки щепы. Часто по этим причинам технологическая щепа вовсе не вывозится с территории рубок ухода, поскольку затраты на ее транспортировку и переработку значительно превышают ее рыночную стоимость [43]. Часто на лесозаготовительных и лесоперерабатывающих предприятиях накапливаются значительные объемы неиспользуемых лесоматериалов и отходов переработки. Огромное количество некондиционной древесины и лесорубочных отходов просто не вывозится с участков лесозаготовки. С точки зрения экономики, неиспользованные ресурсы - это потерянные деньги. Не следует забывать, что отходы заготовки и первичной обработки древесины, а также некондиционные лесоматериалы, брошенные на фронте проведения лесозаготовительных работ, не только не приносят прямой прибыли, но и являются источником многих древесных инфекций, оказывающих отрицательное влияние на соседние лесные биосистемы.
Традиционная технология производства топливной щепы состоит из следующих основных этапов [81,82]: рубка деревьев, измельчение древесины в щепу, перемещение щепы к месту хранения на верхнем складе, хранение щепы и транспортировка для утилизации. В СНГ древесную щепу получают, как правило, из неделовой древесины: деревьев, срубленных при прореживании молодых насаждений и рубках ухода в старых насаждениях; отходов лесозаготовки (вершины, сучья, ветки и т.п.). В Европе топливную щепу преимущественно получают из древесины со специальных быстрорастущих плантаций [96]. Для посадок используют такие древесные культуры, как тополь, иву и эвкалипт, поэтому европейская щепа по объективным причинам значительно дороже, что создает положительные предпосылки для экспорта российской щепы.
Содержание влаги, как указывалось выше, в древесине и древесной коре колеблется в широких пределах - 70 до 91 % Столь широкий диапазон объясняется наличием связанной воды в пористой структуре древесины, влиянием времени года, погодных условий при заготовке, места произрастания, а также породы дерева.
Принципиальная схема энергоавтономной установки мобильного базирования для производства пеллет
Данная структура соответствует патенту «Установка переработки биотоплива» №2006110067/22(010947) от 28.03.2006 , (патентообладатель ГОУ ВПО «Ижевский Государственный Технический Университет», авторы В.Н.Диденко, Д.А. Плотников.)
Описание изобретения №55774 «Установка переработки биотоплива» Способ производства гранулированного топлива (энергопеллет) из древесных опилок, стружки, торфа и смесей торфа, угольной мелочи и других твердых горючих отходов, в мобильной установке с энергообеспечением от перерабатываемого топлива.
Известны способы производства гранулированного топлива в заводских условиях, позволяющие получать гранулы постоянных свойств и высокой прочности, не распадающиеся при транспортировке, качество которых соответствует европейским стандартам ISO и DIN. Данный способ имеет ряд недостатков: 1. стационарное производство имеет высокие транспортные расходы на перевозку сырья, так как объем не переработанного топлива примерно в три раз больше чем гранулированного; 2.после выработки всего сырья в пределах экономически обоснованного радиуса действия завод должен либо демонтироваться, либо перевозится на другое место; 3.такая технология требует потребления сторонней электроэнергии и в ряде случаев природного газа, что составляет от 30 до 50 % себестоимости пеллет. Также известен способ производства гранулированных торфяных смесей, при котором экскавируют торфяную массу из залежи, механически перерабатывают ее путем измельчения и обезвоживания, после чего гранулируют обезвоженную массу формованием, сушат гранулы на откосах и внутри складочных единиц, а затем отправляют потребителю. Основными недостатками данного способа является: 1 Зависимость технологии от погодных условий; 2)нестабильность состава гранул и малая применимость их в качестве топлива для автоматизированных котельных. Цель изобретения: Создание мобильной установки, способного обеспечит формование гранул с качеством, требуемым европейскими стандартами, технологически не зависящего от погодных условий, и не требующего подвода электроэнергии или углеводородного горючего. Поставленная задача достигается тем, что стандартное оборудование для производства пеллет разбивается на транспортабельные блоки и устанавливается на мобильное шасси, а для снабжения производства тепловой и электрической энергией применяется энергетический блок, представляющий собой комплекс из твердотопливного газогенератора (вырабатывающего генераторный газ из перерабатываемого сырья), теплогенератора (источника зо горячих дымовых газов для нужд производства), и пары газомоторный двигатель — электрогенератор. Признаками, отличающими предложенное решение, являются: а) мобильность производства; б) выработка энергии для производства гранул из перерабатываемого топлива. Основные принципы работы. Мобильным вариантом установки с агрегатированием по шасси является схема установки, представленная на рисунке 5. Перерабатываемое сырье (тонкомер, горбыль, порубочные остатки) подается в рубильную машину, расположенную на шасси №1. Полученная щепа поступает на молотковую дробилку и далее в барабанную сушилку (шасси №2), где подсушивается до влажности 10-12%. После чего подает в блок прессования - шасси №5. Здесь в циклоне древесная мука отделяется от сушильного агента. Часть сырья, в количестве примерно 30% , идет на наполнение бункера газогенератора, а основная масса подается на пресс-гранулятор, где гранулируется. Готовые гранулы, имеющие высокую температуру, попадают на транспортер-охладитель (нория), охлаждаются, и после упаковываются в пакеты. Часть сырья, отбираемая после барабанной сушилки и подающаяся на газогенераторы, служит для выработки тепловой и электрической энергии.
В энергоблоке (шасси №4) происходит газификация топлива, охлаждение и очистка полученного генераторного газа, а также его сжигание в газовом двигателе с получением электрической энергии. Полученный генераторный газ содержит две основные горючие части - окись углерода СО и водород Н2, а также балласт в виде N2,C02, Н20. Питание газогенераторов осуществляется измельченным опил ом влажностью 10-12%, отбираемым из технологического цикла после барабанной сушилки. После газогенератора газ охлаждается в кожухотрубном теплообменнике, служащим также гравитационным осадителем. При этом охлаждающей средой является воздух, идущий на приготовление сушильного агента. После теплообменника газ фильтруется на сетчатых фильтрах, и дымососом подается на сжигание в газовый двигатель и на горелку теплогенератора (шасси №4).
Автором также предложена упрощенная схема, без рубильной машины (шасси №1). Данное упрощение позволяет работать только на уже измельченном сырье (опил, стружка), но удешевляет стоимость установки в целом. Расчет экономического потенциала установки, производился также на упрощенную схему, как потенциально более привлекательную для инвесторов. 2.4 Агрегатирование установки по шасси.
Конструктивное исполнение установка производительностью 1000 кг/ч пеллет
В качестве шасси выбранышасси двухосные модели 8470 с поворотным кругом, производства ПО «Сармат» [97] Общий вид этих шасси представлен на рисунках 23-24 Шасси грузоподъемностью от 5т до Ют предназначены для монтажа и перевозки мобильных зданий и специального оборудования, транспортировка которых предусматривается по всем видам дорог.
Рама шасси сварная из двух лонжеронов, продольных балок, соединенных поперечинами, образующих площадку.
В передней части рамы находится стопор поворотного устройства, предназначенный для блокировки поворотной тележки при движении назад. Передняя и задняя подвески шасси состоят из двух продольных полуэллиптических рессор.
Размещение установки на местности показано на рисунке 27 Соединение установок по газовым средам осуществляется гибкими воздуховодами с теплоизоляцией, типа «Алюконнект» или аналогичных. Разводка электроснабжающих кабелей предусматривается в металлорукаве.
На основании полученных характеристик установки производительностью 1000 кг/ч пеллет был произведен технико экономический анализ использования установки, в варианте без рубильной машины, как потенциально более привлекательной для инвесторов.
Отличительные особенности разрабатываемой технологии: обеспечение технологии теплом и электричеством обеспечивается от энергоблока (см. патент) работающего на том же опиле. Расход сырья на собственные нужды составляет 30% от технологии, т.е на производство 1000 кг пеллет тратится 1300 кг сухого опила; конструктивно оборудование располагается на мобильных шасси. В указанную установка на 1000 кг/час входят: - автомобиль «Урал» УР4320 - энергоблок; - буксируемое шасси 1 (2,5x9,0) - теплогенератор и смеситель; - буксируемое шасси 2 (2,5x9,0) - барабанная сушилка и циклон; - буксируемое шасси 3 (2,5x9,0) - пресс-гранулятор, нория. в качестве прототипа принимается стационарная установка производительностью 1000 кг/час. исходное сырье — опил с щепой и стружкой, отходы лесозаготовок. транспортировка сырья до установки отсутствует, вместо нее рассчитываются расходы на перебазировку установки. транспортировка гранул в двух вариантах: навалом и в больших мешках (биви-бэг) Стоимость исходного сырья: для собственника сырья - 0, для сторонней организации -900 руб/т; количество рабочих — 14 , средняя з/п 5000 рублей; режим работы - 12 часов/сутки (вахта); затраты электрической и тепловой энергии -отсутствуют (особенность технологии); в стоимости гранул 2300 руб/тонна — до порта г.Выборг, учитываются затраты на их транспортировку ж/д транспортом. 4.3.2 Расчет проекта
Затраты включают в себя: 1. в первом случае, (при получении сырья в качестве утилизации),стоимость тонны сырья равна нулю. Во втором случае (при покупке сырья у сторонней организации стоимостью 900 руб/т.) и условии, что расход сырья на собственные нужды составляет 30%. Тогда стоимость сырья составит: 900руб/т 1,3=1170 руб/т; 2. заработная плата 14 рабочих по 5000 руб/месяц: 14 человек 5000 руб/месяц = 70000 руб/месяц (ФОТ); 3. налоги на ФОТ; 4. затраты на быстро изнашиваемые детали связанные с текущим ремонтом производственного оборудования; 5. затраты на транспортировку до порта Выборг (г. Санкт - Петербург), при условии транспортировки в 40 тонных Евро контейнерах; 6. затраты на перебазировку. Учитывается расход топлива на доставку оборудования до места нахождения сырья. Предполагается, что сырьё будет находиться в республике Удмуртия, Кировской области и других регионах на территориии радиусом 500 км. Так как объём сырья в среднем 50-100 тонн, планируется осуществлять 4 перебазировки в месяц, при расходе топлива 10 литров на 100 км., цена 1 литра дизельного топлива 16 руб/литр: 500км 0,1 л/км 16 руб. 4 переб. = 3200 руб/месяц; 7. накладные расходы. Затраты связанные с организацией проживания рабочих.
Функционально-стоимостной анализ установки по производству энергопеллет
Для отопительных целей одним из перспективных является древесное гранулированное топливо — пеллеты. Несмотря на массу достоинств, пеллеты пока еще недостаточно распространены в России. Из-за ряда особенностями технологии их производства, цена пеллет еще достаточно высока, чтобы они могли конкурировать с традиционными нефтью и газом. Решению данной проблемы посвящена данная работа. Объект исследования: Машины и агрегаты для производства древесного гранулированного топлива (пеллет) Цель диссертационной работы: Обоснование и разработка автономной установки по производству пеллет с энергообеспечением от перерабатываемого сырья
Исследовать современное состояние вопроса по разработке установок для переработки отходов лесной промышленности, торфодобывающей промышленности, и с/х перерабатывающей промышленности, провести технико-экономический анализ технологии производства пеллет и обосновать основные принципы снижения стоимости производства пеллет
Разработать общую структуру и принципиальную технологическую схему установки по производству пеллет, предусматривающую размещение агрегатов на автомобильном шасси, с энергоблоком по выработке тепловой и электрической энергии от перерабатываемого древесного топлива. Обосновать оптимальную производительность установки. Разработать метод расчета установки. Обосновать принятые конструктивные решения агрегатов установки и оценить экономическую эффективность принятого решения мобильной установки по производству пеллет с автономным энергообеспечением. Методы исследований в работе использованы эмпирические и теоретические методы исследования. Решения задач базируются на известных теоретических положениях физико-химических основ горения, механики жидкостей и газов, математического моделирования и деталей машин. Достоверность и обоснованность результатов
Достоверность исследований обеспечена обоснованностью теоретических положений, корректностью использованных математических методов, обоснованностью используемых теоретических зависимостей и принятых допущений, а также успешным опытом использованием отдельных агрегатов установки в промышленной эксплуатации. Достоверность новизны технического решения подтверждается патентом на изобретение На защиту выносятся:
Результата анализа современного состояния вопроса по разработке установок по переработке в топливо отходов лесной промышленности, торфодобывающей промышленности, и с/х перерабатывающей промышленности, результаты технико-экономического анализа технологии производства пеллет, результаты поиска основных принципов снижения стоимости производства пеллет
Разработанные общая структура и принципиальная технологическая схема установки для производства пеллет с энергообеспечением от перерабатываемого сырья, а также результаты обоснования оптимальной производительности предлагаемой установки
Разработанный метод расчета установки. Конструктивные решения агрегатов установки для производства пеллет мобильного базирования с автономным энергообеспечением от перерабатываемого сырья и технико-экономическая оценка ее эффективности. Научная новизна
Автором предложена усовершенствованая технология производства пеллет, отличающаяся тем, что обеспечение технологического процесса теплом и электроэнергией осуществляется за счет газификации части перерабатываемого сырья, с последующим сжиганием получившегося генераторного газа в газовом двигателе и теплогенераторе, с получением электрической и тепловой энергии соответственно.
Автором разработан метод расчета предлагаемой установки для производства пелет. Практическая полезность
Разработанная и запатентованная мобильная установка по производству пеллет с энергообеспечением от перерабатываемого сырья позволяет решить проблему переработки биомассы в отрыве от транспортной и энергетической инфраструктуры.
Предложенный метод расчета установки позволяет производить подбор оборудования с высокой степенью точности, что значительно снижает финансовые и временные затраты на проектирование и отработку установки. Реализация результатов Результаты работы были использованы в фундаментальной НИР № ТП 7-08 «Исследование процессов тепломассообмена при переработке биомассы в альтернативные виды топлива" в ГОУ ВПО "Ижевский Государственный технический университет" Апробация работы Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах и конференциях: Всероссийская конференция инновационных проектов студентов и аспирантов по приоритетному направлению программы «Энергетика и энергосбережение», 26-29 сентября 2006г г.Томск (почетный диплом ) Научно-техническая конференция «Проблемы энерго-ресурсосбережения» ИжГТУ, Ижевск, 20 апреля 2007 г. V Ярмарка бизнес-ангелов и инноваторов «Российским инноваторам — российский капитал», Пермь, 25-26 апреля 2007 г. Научно-практическая конференция «Региональные аспекты реформы энергетики» Санкт-Петербургский государственный политехнический университет (СПбГПУ) 27 февраля 2008 года. Научно-техническая конференция "Проблемы энерго-,ресурсосбережения и охраны окружающей среды
