Анализ влияния конструктивных факторовна энергоэффективность пиролизной установки Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 621.592

А.А. Агеев, Ю.А. Потапов, *В.Л. Юша, *М.А. Злобин ЗАО «ГК «Титан», г. Омск

*Омский государственный технический университет, г. Омск

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ФАКТОРОВ НА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ ПИРОЛИЗНОЙ УСТАНОВКИ

Вовлечение в структуру современных технологических циклов возобновляемых источников энергии - актуальная задача современной экономики [1 - 7]. Особенности эксплуатации пиролизных печей, связанные с видом и качеством первичного сырья, структурой конечной продукции, производительностью, степенью автоматизации и т.п., предполагают дальнейшее совершенствование существующих конструкций, создание блочно-модульных высокоэкономичных пиролизных установок, легко адаптируемых под конкретное производство. Не останавливаясь на анализе всех конструктивных факторов и не акцентируя внимание на относительной доле влияния каждого из них на энергоэффективность пиролизной установки, в качестве примера рассмотрим влияние толщины теплоизоляции на величину тепловых потерь в окружающую среду. Типовая схема установки и ее расчетная схема приведены в [8].

Методика расчета абсолютных и относительных тепловых потерь основана на расчете теплового баланса пиролизной установки и определении его составных частей:

О — О — О — О — О

^сг ^потери ^нагрев *~-пиролиз ^сушка ^°брос

где

Осг - теплота сгорания пиролизного газа, Дж;

О - тепловые потери через стенки ка-

потери £ Г

мер в окружающую среду, Дж;

Он

- теплота нагрева древесной массы до технологической температуры, Дж;

О - теплота, необходимая для обеспечения процесса пиролиза,

^ пиролиз 5 * * ~

Дж;

^Осушка

- теплота необходимая для испарения влаги из древесины, Дж;

Обр ос

- теплота,

-• нагрев

содержащаяся в отходящем газе, Дж.

Масса абсолютно сухой древесины в одной реторте определяется с использованием геометрических параметров реальной реторты, коэффициента наполняемости и плотности древесины. Тепловые потери в результате открытия люков в процессах установки и выемки реторт пренебрегаем. Суммарный объем выделившегося газа определяется с учетом суммарной массы древесины и интенсивности выделения пиролизного газа из древесины в пиролизном цикле [9].

Теплота сгорания пиролизного газа за полный цикл пиролиза определяется с учетом суммарного объема выделившегося газа и величины его удельной объемной теплоты сгорания [10].

Тепловые потери в результате теплопередачи через стенки камер определяются с учетом реальных температур в камерах пиролизной установки, толщины изоляции стенок и

58

свойств материала теплоизоляции [11, 12, 13]. Расчет затрат теплоты на нагрев древесины в ретортах производится с учётом температур камер и древесины.

Количество теплоты, необходимое для поддержания полного цикла пиролиза, определяется с учетом удельного теплопотребления процесса пиролиза [14].

Теплота, необходимая для испарения воды, содержащейся в древесине, определяется с учетом количества воды в зависимости от типа древесины и времени года для свежесрублен-ного дерева [8, 15].

Расчет капитальных затрат, связанных с наличием в конструкции пиролизной установки теплоизоляционного материала, производится в соответствии с геометрическими размерами стенок рабочих камер и толщиной теплоизоляции (жаростойкий бетон, плиты МКРП

[13]).

Результаты расчетов показали, что увеличение толщины теплоизоляции позволяет заметно снизить величину тепловых потерь. Хотя доля этих потерь невелика по отношению к количеству теплоты отходящих газов (для рассматриваемой установки - не более 10%), их экономия позволит обеспечить отопление около 1000 кв. метров жилых помещений (либо от 500 до 800 кв. метров помещений административного, торгового, социально-культурного назначения, либо до 900 кв. метров производственных помещений) [16-18]. При рациональном подборе толщины теплоизоляции стенок пиролизной установки сроки окупаемости затрат на теплоизоляцию становятся достаточно привлекательными и составляют от 1 года до 2 лет.

Библиографический список

1. http://m.wikipedia.org/wiki/Лесная_промышленность_России

2. http://omskportal.ru/ru/government/News/2012/03/05/1330922471180

3. Козлов, В. Н. Технология пирогенетической переработки древесины / В. Н. Козлов. -М. : Гослесбумиздат, 1954. - 615 с.

4. Miller, R. S. A generalized biomass pyrolysis model based on superimposed cellulose, he-micellulose and lignin kinetics / Miller, R. S., Bellan J . // Combact. Sci. and Nech, 1997. - Р. 126.

5. Исследование процесса термоокислительного пиролиза биомассы в плотном слое / Губинский, М. В. [и др.] // Металлургическая теплотехника : сборник научных трудов национальной металлургической академии Украины. - Днепропетровск, 2007. - С. 283 - 291.

6. Prakash N. Kinetic modeling in biomass pyrolysis - A review / Prakash N., Karunanithi N.

; Department of Chemical Engineering, Annamalai University, Annamalai Nagar, India // Jornal of Applied Sciences Research. - 2008. - 4 (12). - Р. 1627 - 1636.

7. M.W. van de Weerdhof. Modeling the pyrolysis of biomass particles / M.W. van de Weerdhof // Eindhoven University of Technology Department of mechanical engineering Section Combustion Technology. - 2008. - Р. 70.

8. Злобин, М. А. Анализ тепловых потерь в установках производства органического углерода на примере пиролизных агрегатов ООО «Кедр» Тевризского района Омской области / М. А. Злобин // Техника и технология современного нефтехимического производства : материалы 2-й науч. - техн. конф., 11 мая / ОмГТУ. - Омск, 2012. - Кн. 2. - С. 102 - 107.

9. Химическая технология древесины / А. К. Славянский [и др.]. - М. : Гослесбумиздат, 1962. - 573 с.

10. Исследование термического разложения биомассы в режиме фильтрационного горения / Е. В. Кремнева [и др.] // Техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика / НМетАУ. - Днепропетровск, 2009. - Вып. 2. - С. 126 - 136..

11. Нащокин, Б. В. Техническая термодинамика и теплопередача / Б. В. Нащокин. - М. : Высш. школа, 1980. - 469 с.

12. Михеев, М. А. Краткий курс теплопередачи / М. А. Михеев. - М. : Госэнергоиздат, 1961. - 208 с.

13. Горлов, Ю. П. Технология теплоизоляционных материалов / Ю. П. Горлов. - М. : Уник, 1987. - 268 с.

14. Кислицын, А. Н. Пиролиз древесины. Химизм, Кинетика, Продукты, Новые процессы / А. Н. Кислицын. - М. : Лесная промышленность, 1990. - 169 с.

15. http://brigadeer.ru/svoistva-drevesinv/vlazhnost-drevesinv-tablicv-i-formulv.html

16. СНиП 2.08.01-89. Строительные нормы и правила. Жилые здания. - М. : ЦНИИЭП,

2000.

17. СНиП 41-01-2003. Строительные нормы и правила. Отопление, вентиляция и кондиционирование. - М. : ЦНИИЭП, 2004.

18. СНиП 23-09-99. Строительная климатология. - М. : НИИСФ, 2000.