Введение к работе
Актуальность темы. Народнохозяйственное значение комплексного использования древесного сырья определяется не только экономическими интересами, но и значением лесов в охране окружающей среды. Существенные резервы по повышению эффективности лесоперерабатывающих отраслей промышленности скрыты в улучшении использования различных отходов переработки древесины, таких, например, как гидролизный лигнин и древесная кора.
Несмотря на широкие потенциальные возможности применения, значительная часть данных отходов до сих пор вывозится в отвалы, нанося существенный вред био- и гидросфере. На данном этапе наиболее целесообразным, экономически оправданным и технически осуществимым является сжигание коры и пщролизного лигнина в топках котельных агрегатов для получения технологического пара. Но до последнего времени отсутствовало серийное надежное и экономичное котелыю-топочное оборудование для использования данных видов топлива, относящихся к числу наиболее трудноиспользуемых. Как показывает опыт энергетического использования пщролизного лигнина и древесных отходов, возникающие при этом проблемы связаны, в основном, с высокой влажностью данных топлив, изменяющейся в широком диапазоне значений. К тому же, несмотря на близкие теплотехнические свойства данных топлив, для сжигания коры и пщролизного лигнина применяются различные методы организации топочного процесса, что значительно усложняет энергетическое использование данных отходов в пределах одного предприятия вследствие расширения парка оборудования.
Для решения указанных проблем требуется разработка, научное обоснование и расчетно-экспериментальная проверка принципов организации нового высокоэффективного топочного процесса для энергетического использования древесной коры и гидролизного лигнина. Данная работа выполнялась в соответствии с Комплексной научно-технической программой ГКНТ СССР № 520 (раздел 0.01.11, задание 01.05Т) и является составной частью целого комплекса работ, выполняемых на кафедре "Реакторо- и парогенераторостроения" Санкт-Петербургского государственного технического университета.
Цель работы. Теоретическое и экспериментальное обоснование основ построения унифицированного топочного процесса для сжигания гидролизного лигнина и отходов окорки древесины и разработка на этой основе рекомендаций для серийного производства современного котельно-топочного оборудования для данных видов топлива.
Научная новизна.
-
Экспериментально исследованы особенности работы основных сушс-ствущих типов топочных устройств, применяемых при знсрісшчсски.ч использовании гидролизного лигнина и коры, выявлены факторы, ведущие к снижению надежности и экономичности их работы.
-
В результате лабораторных исследований получены данные по суммарной кинетике выхода летучих при термическом разложении шдролпзного лигнина, коры и древесных отходов в воздухе и в азоіе, а также данные по теплоемкости указанных топлив.
-
Предложена математическая модель для расчета газовых течений в вихревой зоне топки. На ее основе разработан расчетный комплекс, поіво-ляющий проводить анализ процесса воспламенения частиц нолифракшюи-ного высоковлажного топлива при различных начальных условиях и выбрать для него наиболее эффективную схему организации топочного процесса.
-
На основе результатов математического моделирования, лабораторных и промышленных исследований разработаны рекомендации по организации эффективного сжигания гидролизного лигнина и отходов окорки древесины.
Практическая ценность работы.
-
Разработаны принципы подготовки гидролизного лигнина и древесных отходов и организации топочного процесса, позволяющие значительно повысить эффективность их использования в качестве энергетическою топлива и унифицировать топочные устройства на основе низкотемпературного вихревого (НТВ) метода сжигания топлив.
-
На базе математической модели аэродинамики вихревой зоны топки создан расчетный комплекс, позволяющий проводиіь оптимизацию конструкции и режимов работы НТВ топки, а также анализ влияния различных факторов на развитие топочного процесса при сжигании различных топлив.
-
Доказана эффективность НТВ сжигания немологого гидролизного лигнина, коры и древесных отходов и опробованы вихревые топочные устройства для данных топлив. Создан и введен в постоянную эксплуатацию котел Е-50-24К с НТВ топкой и безмельничной системой подачи гидролизного лигнина. Межведомственной комиссией этот котел принят в качестве базового при производстве нового котельного оборудования для данного вида топлива.
-
Выявлены возможности дальнейшего совершенствования топочного процесса и разработаны рекомендации, позволяющие повысить эффективность работы существующего оборудования для энергетического использования гидролизного лигнина и древесных отходов путем его модернизации. Данные
5. гкомендаїшн применены при реконструкции двух котлов на Онежском ідролпзном. двух - на Братском биолесохимическом и одного - на Архан-міьском гилролизно-дрожжевом заводах.
Надежность и достоверность полученных результатов обеспечиваются рнмененисм апробированных методик экспериментатьных исследований, со-іеменной контрольно-измерительной аппаратуры и электронно-вычисли-:лыюп техники и подтверждается удовлетворительным совпадением расчет-ых данных с экспериментальными данными автора и других исследователей.
Ап-гор таишшаст
математическую модель аэродинамики вихревой зоны топки и создании па ее базе расчетный комплекс для оптимизации конструктивного оформ-иия и режимов работы НТВ тонок;
результаты расчетного анализа и экспериментальных исследований точных процессов;
выбранные на базе анализа расчетно-экспериментальных данных принты организации эффективного сжиганкя немолотого гидролизного лигнина отходов окорки древесины;
предложенные на этой основе системы подготовки и подачи топлива, юсоб организации топочного процесса и устройства для его реализации.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы 'кладывались и обсуждались:
на Республиканской научно-технической конференции "Научно-техни-ские проблемы энергомашиностроения и пути их решения",- С.-Петербург, іябрь 1992 г.;
на I Международной конференции по использованию биомасс,- Бир-нгтон (США), август-сентябрь 1993 г.;
на V Европейской конференции по вопросам турбулентности,- Сиена [талия), июль 1994 г.;
на семинарах кафедры РиПГС СПбГТУ.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано іечатньїх работ и получено 3 авторских свидетельств на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четы-< глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем диссерта-
4. ционной работы: 93 страницы машинописного текста, 35 рисунков, 14 таблиц, 12 страниц списка литературы, включающего 126 наименований. Общий объем диссертации - 180 страниц.
На всех этапах работы над диссертацией большую помощь при организации исследований оказывал ведущий научный сотрудник, к.т.н. Ф.З.Финкер.
