CC BY
48
УДК 62-662.5
ИССЛЕДОВАНИЕ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВНЫХ БРИКЕТОВ ИЗ
ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ
Приходько Евгений Валентинович
к.т.н., профессор кафедры «Теплоэнергетика» Павлодарского государственного университета Казахстан, г. Павлодар Кинжибекова Акмарал Кабиденовна к.т.н., старший преподаватель кафедры «Теплоэнергетика» Павлодарского государственного университета Казахстан, г. Павлодар Шаи Айдана ^уандыккызы Магистрант кафедры «Теплоэнергетика» Павлодарского государственного университета Казахстан, г. Павлодар
Аннотация: В статье описывается разработанное устройство для определения длительности горения твёрдого кускового топлива. Приводятся данные по скорости горения топливных брикетов из органических отходов, древесины и угля.
Ключевые слова: топливные брикеты, скорость горения, энергетическая эффективность
THE STUDY OF THE DURATION OF COMBUSTION OF FUEL BRIQUETTES FROM
ORGANIC WASTE
Prikhodko Evgeniy Valentinovich
Ph.D., professor of "Heat power engineering" department Pavlodar State University Kazakhstan, Pavlodar
Kinzhibekova Akmaral Kabidenovna Ph.D., senior lecturer of "Heat power engineering" department Pavlodar State University Kazakhstan, Pavlodar
Shai Aidana Kuandykkyzy Master student of "Heat power engineering" department Pavlodar State University Kazakhstan, Pavlodar
Abstract: This article describes a device developed to determine the duration of combustion of solid fragmented fuel. The article contains data on the burning rate of fuel briquettes made of organic waste, wood and coal.
Keywords: fuel briquettes, burning rate, energy efficiency
Существуют различные способы переработки возобновляемых и неиспользуемых отходов. Наиболее эффективным из них является брикетирование. Сейчас топливные
253
брикеты являются популярным топливом благодаря своей экономичности. Они уже получили широкое распространение по всему миру.
Авторами статьи разработан ряд составов и способов получения топливных брикетов из опавших листьев. В лабораторных условиях получены брикеты из опавшей листвы для использования в энергетических целях.
Объективным показателем эффективности использования топливных брикетов в топках котлов малой и средней мощности является его КПД, непосредственно связанный с такими характеристиками как коэффициент избытка воздуха, высота слоя и размер частиц.
При использовании топливных брикетов из возобновляемых органических материалов важным является вопрос о длительности горения топлива. Как уже было установлено авторами, по калорийности, полученные нами брикеты, превосходят Экибастузский уголь (низшая теплота сгорания брикетов около 18500 кДж/кг). Но при этом, их плотность значительно ниже, а пористость выше. В связи с чем, при сжигании брикетов в котлах малой и средней производительности возникает вопрос об эффективном использовании этого топлива. Поэтому, возникает необходимость анализа факторов, влияющих на длительность горения топливной загрузки котла и как продлить срок его работы на одной загрузке [1].
Скорость горения конкретного вида топлива зависит от многих факторов, и для дальнейших разработок было решено провести исследования зависимости скорости сгорания топлива от времени. Для сравнения скорости горения различных видов твёрдых топлив необходимо создать одинаковые условия их сжигания. Кроме того, созданные условия должны быть максимально приближены к условиям горения в реальной теплогенерирующей установке.
Это производится, например, при использовании образцов определенной формы и строго нормированного размера и сжигании их в нормированных условиях [2, 3]. Данные методики определяют скорость горения топлива в мм/с (дюйм/с) и применяются для определения параметров горения твёрдого ракетного топлива.
Для исследований горения топлива в котлах малой и средней мощности данный способ неприменим, т.к. условия сжигания топлива, указанные в литературе значительно отличаются от реальных условий. Для того, чтобы узнать реальную скорость горения кусков топлива (и брикетов) необходимо создать условия, идентичные горению топлива на колосниковой решётке котла. Для этого была создана физическая модель топочной камеры котла (рисунок 1). Модель представляет собой классический котёл 1 с водяной рубашкой, где на колосниковой решётке 2 производится сжигание топлива 3. Воздух для горения 4 идёт под колосниковую решётку, а дымовые газы 5 выходят через дымовую трубу. На специальном дырчатом листе 6 находятся образцы исследуемого топлива 7, а сам лист с помощью подвеса крепится на весах 8. После того, как произведён розжиг, и весь объём топлива 3 начал гореть равномерно, в зону горения подают дырчатый лист с навеской исследуемого топлива. С этого момента засекают время горения навески топлива. При горении топлива 3 на колосниковой решётке, вместе с ним (с той же скоростью) сгорает исследуемое топливо 7. Дырчатый лист, находясь в пламени, укреплён на подвесе и не опирается на слой топлива 3. Таким образом, по изменению его массы можно судить об окончании процесса горения.
Рисунок 1 - Физическая модель для определения длительности горения твёрдого
топлива
Для исследования длительности горения твёрдых топлив были выбраны следующие виды образцов:
- топливные брикеты из опавшей листвы фракций: мелкая (от 0,2 до 1 мм); средняя (от 1 до 4 мм); крупная (от 4 до 15 мм). Давление прессования - 15 МПа.
- навески сухой древесины: бука и сосны;
- уголь Экибастузский.
Мелкие: фракция от 0,2 до 1 мм плотность 953 кг/м3. Мелкая фракция опавших листьев даёт наиболее плотные брикеты. При горении наблюдается небольшое расслаивание брикетов в плоскостях, параллельных плоскости сжатия при брикетировании. Брикеты горят равномерно, не теряя целостности.
Среднее время горения навесок массой около 44,4 грамма составило 39 мин 16 сек, что соответствует средней скорости горения 1,13 гр/мин.
Средние: фракция от 1 до 4 мм. При горении этих брикетов наблюдается большее (по сравнению с фракцией 0,2 - 1) расслаивание брикетов в плоскостях, параллельных плоскости сжатия при брикетировании. Брикеты горят равномерно, при этом, не теряя целостности (рисунок 17). При большем количестве пор, вызванных расслаиванием материала, увеличивается площадь реагирования горючих элементов топлива с кислородом воздуха. Таким образом, можно объяснить и увеличившуюся среднюю скорость горения брикетов, которая составила 1,263 гр/мин (среднее время горения: 35 мин 14 сек; масса навесок около 44,5 грамма).
Крупные: фракция от 4 до 15 мм. При горении этих брикетов наблюдается наибольшее (из всех брикетов) расслаивание в плоскостях, параллельных плоскости сжатия при брикетировании. Таким образом, можно предположить, что и скорость горения этого вида брикетов - максимальна.
Это доказывают результаты измерений: средняя скорость горения брикетов составила 1,271 гр/мин (среднее время горения 35 мин 22 сек; масса навесок около 44,8 гр).
Древесина (бук и сосна). Для сравнения скоростей горения были изготовлены образцы древесины в форме цилиндров (аналогично форме брикетов). Горение этих видов древесины практически однотипно. При горении возникает небольшое количество пор; сам процесс горения - равномерный со стабильным пламенем. Разная скорость горения (бук - 1,05 гр/мин; сосна - 1,115 гр/мин) объясняется плотностью образцов: плотность бука 708 кг/м3; плотность сосны 422 кг/м3.
Уголь Экибастузский. Горение угля в слое достаточно подробно описано в литературе [4, 5], поэтому останавливаться на стадиях горения не имеет смысла. Ограничимся лишь измеренной нами конечной цифрой: средняя скорость горения Экибастузского угля 0,207 гр/мин.
Таким образом, измерения показали, что при сжигании килограмма рассматриваемых брикетов выделяется столько же теплоты, как и при сжигании килограмма Экибастузского угля, но при этом, время горения брикетов в пять раз меньше. Таким образом, если использовать котёл, предназначенный для сжигания угля, при сжигании брикетов, получаем ситуацию, когда котёл работает с повышенной температурой уходящих газов (т.е. с высокими потерями q2) и сниженным КПД.
Разумным выходом из сложившейся ситуации (без реконструкции котла) может являться установка в системе отопления теплового аккумулятора, который позволит аккумулировать теплоту в процессе «быстрого» сгорания брикетов и равномерно выдавать её в дальнейшем.
Список литературы:
1 Пузырев, Е. М. Исследование топочных процессов и разработка котлов для низкотемпературного сжигания горючих отходов и местных топлив : дис. на соиск. учен. степ. докт. техн. наук. - Барнаул, 2003. - 322 с.
2 Пат. 2267636 Российская Федерация, МКИ F02K9/96. Способ определения скорости горения твердого ракетного топлива.
3 В. Вейше, Дж. Веноград. Расчёт скоростей горения твёрдого топлива на основе кинетики разложения конденсированной фазы / Физика горения и взрыва. - 2000. - Т. 36. - № 1. - С. 138-148.
4 Аскарова А. С., Мессерле В. Е., Устименко А. Б., Болегенова С. А., Максимов В. Ю., Бекмухамет А. Численное моделирование горения твердого топлива. VIII Всероссийская конференция с международным участием «Горение твердого топлива» Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН, 2012. - С. 101-107.
5 Глазырин В. А., Ненишев А. С., Орумбаев Р. К. Сравнительный анализ сжигания различных углей в котлах новой модификации : Вести высших учебных заведений черноземья. - 2010. - № 1. - С. 67-71.
