CC BY
19
DOI 10.23859/1994-0637-2017-6-81-5 УДК 674.047.3
© Сшитым Н.Н., Телин Н.В., Виноградова М.С., Гаркавченко Э.В., Гневашева Т.В., Кузнецова В.П., Павлова А.И., 2017
Синицын Николай Николаевич
Доктор технических наук, профессор, Череповецкий государственный университет (Череповец, Россия) E-mail: [email protected]
Sinitsyn Nikolay Nikolaevich
Doctor of Technical Sciences, Professor, Cherepovets State University (Cherepovets, Russia) E-mail: [email protected]
Телин Николай Владимирович
Доктор технических наук, профессор, Череповецкий государственный университет (Череповец, Россия) E-mail: [email protected]
Telin Nikolay Vladimirovich
Doctor of Technical Sciences, Professor, Cherepovets State University (Cherepovets, Russia) E-mail: [email protected]
Виноградова Мария Сергеевна
Инженер, ООО «Северсталь-проект»
(Череповец, Россия)
E-mail: [email protected]
Гаркавченко Элина Вадимовна
инженер, ПАО «Северсталь» (Череповец, Россия) E-mail: [email protected]
Гневашева Татьяна Вадимовна
Инженер, ПАО «Северсталь»
(Череповец, Россия)
E-mail: [email protected]
Кузнецова Виктория Павловна
Инженер, ПАО «Северсталь» (Череповец, Россия) E-mail: [email protected]
Павлова Алина Игоревна
Инженер, ООО «АВПоиск»
(Череповец, Россия)
E-mail: [email protected]
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ И ОЦЕНКА ВРЕМЕНИ СУШКИ ДРЕВЕСНОЙ КОРЫ ОТХОДЯЩИМИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫМИ ДЫМОВЫМИ ГАЗАМИ КОТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ1
Vinogradova Maria Sergeyevna
Engineer, OOO "Severstal-project" (Cherepovets, Russia) E-mail: [email protected]
Garkavchenko Elina Vadimovna
Engineer, PJSC "Severstal" (Cherepovets, Russia) E-mail: [email protected]
Gnevacheva Tatyana Vadimovna
Engineer, PJSC "Severstal" (Cherepovets, Russia) E-mail: [email protected]
Kuznetsova Victoria Pavlovna
Engineer, PJSC "Severstal" (Cherepovets, Russia). E-mail: [email protected]
Pavlova Alina Igorevna
Engineer, OOO "AVSearch" (Cherepovets, Russia) E-mail: [email protected]
INVESTIGATION OF OPPORTUNITIES AND EVALUATION OF TIME OF WOOD CRUDE DRYING WITH WASTE HIGH-TEMPERATURE SMOKE GASES OF BOILER UNITS
1 Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 17-48-350810.
Аннотация. В данной работе предложена методика расчета времени сушки древесной коры в слоевой сушилке непосредственно перед ее сжиганием в котельном агрегате. Предложена методика расчета процесса сушки коры деревьев в плотном слое. Расчет процесса сушки слоя коры основан на известных решениях Шумана и Анцелиу-са в интегральной форме. Представлены результаты зависимости времени сушки слоя древесной коры от температуры дымовых газов, скорости дымовых газов, толщины слоя. Получены зависимости времени сушки коры от толщины слоя, температуры и скорости движения высокотемпературных дымовых газов котельной. Предлагаемая методика позволяет согласовывать время сушки с ее расходом в котельном теплоагре-гате деревоперерабатывающего предприятия.
Ключевые слова: Плотный слой, сушка, кора деревьев
Abstract. In this article a method for calculating the drying time of the bark in a layer dryer just before it is burned in a boiler unit is proposed. A method for calculating the drying process of tree bark in a dense layer is proposed. Calculation of the drying process of the cortical layer is based on the well-known integral form solutions of Schumann and Ance-lius. The dependence of the time of drying of the tree crust layer on the temperature of the flue gases, the velocity of the flue gases, and the thickness of the layer is presented. Dependencies of drying time of the crust on the thickness of the layer, temperature and velocity of the high-temperature smoke gases of the boiler house are obtained. Suggested method allows to coordinate the drying time with its consumption in the boiler heat-generator of the wood processing enterprise.
Keywords: dense layer, drying, tree bark
Введение
Увеличение объема выпуска всех основных видов лесопромышленной продукции неизбежно приводит к увеличению объемов одного из множества побочных продуктов обработки и переработки древесины - коры. Процентное содержание коры в отходах деревообрабатывающих предприятий из года в год повышается. В настоящее время наиболее распространенным способом энергетического использования (утилизации) древесной коры является простое ее сжигание в топках котлов деревообрабатывающих предприятий. Основные трудности, возникающие при организации сжигания древесной коры в топках котлов, связаны с ее высокой влажностью (70.. .80 % и более) и неоднородностью гранулометрического состава. Высокая влажность коры существенно уменьшает теплоту сгорания, ухудшает процесс ее горения и повышает влажность отходящих дымовых газов. Сжигание влажной коры возможно только в слое определенной и значительной толщины, так как только внутри такого «толстого» слоя, особенно при нижнем зажигании, создается тепловой режим, обеспечивающий устойчивое ее горение. Это приводит к необходимости увеличения габаритов топочного устройства. Существенная неоднородность гранулометрического состава коры как топлива ограничивает выбор способа подачи ее в топку котлов.
Одним из основных путей повышения теплопроизводительности топочного устройства и увеличения КПД котла, работающего на древесной коре, является подсушка коры перед подачей ее в топку. Причем устойчивое сжигание древесной коры обеспечивается при ее относительной влажности 55-60 % [1]-[3]. Сжигание коры в топках котлов теплотехнически и экономически обосновано, если сушка коры осуществляется непосредственно перед подачей ее в топку за счет тепла дымовых газов котельной. Сушка коры непосредственно перед подачей ее в топку исключает вторичное повышение влажности коры при ее хранении, а высокотемпературный теплоноситель с начальной температурой до 900° С существенно сокращает время ее
сушки за счет высокой теплонапряженности сушильного пространства. Целью данной работы является исследование возможностей и оценка времени сушки древесной коры отходящими высокотемпературными дымовыми газами котельных агрегатов.
Основная часть
Сушка древесной коры предварительно перед топкой снижает ее влажность. При этом повышается теплотворная способность коры как топлива, так как влага (балласт) не попадает в топку в виде пара или влаги с топливом. В качестве сушильного агента можно применять дымовые газы котельной или автономной топки, в которой сжигается часть подсушенной коры. Экономичнее всего подсушку древесной коры осуществлять по разомкнутому циклу за счет тепла отработанных дымовых газов котла. Древесная кора в настоящее время, в основном, сжигается в слое, поэтому наиболее целесообразно предварительную подсушку коры осуществлять также в слоевых сушилках. Для этой цели могут использоваться одно- и двухпоточные слоевые каскадно-лотковые сушилки. Наименьшая степень измельчения коры требуется для сжигания ее слоевым способом. При слоевом сжигании необходимо только, чтобы размер кусков коры по длине не превышал 100 мм. Нагрев коры дымовыми газами одной стороны должен обеспечивать, с одной стороны, удаление из коры влаги, а с другой - исключать выход летучих веществ. Конечная температура нагрева коры, исключающая выход летучих веществ, обеспечивается выбором температуры отходящих газов, скоростью их потока и временем нахождения слоя коры в сушильном пространстве.
Рассматривается процесс сушки слоя коры толщиной Н. Температура коры в начальный момент времени постоянна и равна Х'м . Слой коры продувается дымовыми
газами с начальной температурой 1'Г со скоростью юГ0. Для расчета времени сушки т слоя древесной коры продуктами сгорания используются известные решения Шумана и Анцелиуса в интегральной форме. Эти решения позволяют находить температурное поле в нагреваемом движущемся плотном слое древесной коры, продуваемом потоком дымовых газов, и изменение температуры дымовых газов по толщине слоя коры в любой момент времени от начала сушки. Для случая, когда начальная температура слоя коры во всех точках слоя одинакова, а температура газов на входе в слой постоянна во времени, решение Шумана имеют вид:
% = Чи - М)/ (Т - М) = е-7 е-8 • /0(2л/т^е;
0г = (^ -М)/(Т -М) = 1-е-' • ¡Iе — • /0(2^)^8,
где /Г и ^ - текущая температура газа и материала коры; ¿Г и t'и - начальная газа и материала коры; 7 = ^ • И / Сг • юг0 - безразмерная высота слоя коры; X = кч -х / Си • (1 - р) - безразмерное время; /0 - функция Бесселя первого рода от мнимого аргумента; к, - суммарный коэффициент теплопередачи; И - высота слоя коры; СГ и СМ - теплоемкость газа и материала коры; т - время; Юр0 - скорость потока газа (продуктов сгорания); Р - порозность.
Для заданной конечной температуры нагрева и известной толщине слоя время сушки коры высокотемпературными продуктами сгорания определяется соотношением
т=г • (1 - f) / к.
Время сушки коры в основном определяется температурой дымовых газов, скоростью движения и толщиной слоя коры. Температура коры при ее сушке должна находиться в диапазоне 100-140° С. Нижняя граница температуры коры обеспечивает интенсивность сушки, а верхняя граница - исключает выход летучих. В табл. 1-3 приведены результаты расчета времени сушки слоя древесной коры высокотемпературными дымовыми газами. При проведении расчетов времени сушки коры варьировалось температура газов, их скорость движения и толщина слоя коры.
Таблица 1
Зависимость времени сушки слоя древесной коры от температуры дымовых газов
Температура газов, оС 600 700 800
Время сушки, мин. 13,46 11,49 9,91
Примечание: Н = 0,35 м; югО = 0,67 м/с; f= 0,41
Из табл. 1 видно, что с повышением температуры газов время сушки коры уменьшается. Температура газов может регулироваться путем смешения их с атмосферным воздухом. Высота слоя коры, скорость движения газов принимались постоянными величинами.
Таблица 2
Зависимость времени сушки слоя древесной коры от скорости дымовых газов
Скорость газов, м/с 0,47 0,67 0,87
Время сушки, мин. 14,89 9,91 7,53
Примечание: Н = 0,35 м; г = 800 0С; f = 0,41
Из табл. 2 видно, что с увеличением скорости газов время сушки коры уменьшается. Толщина слоя коры и температура газов принимались постоянными величинами.
Таблица 3
Зависимость времени сушки слоя древесной коры от толщины слоя
Высота слоя коры, м 0,15 0,25 0,35
Время сушки, мин. 4,21 6,77 9,91
Примечание: г = 800 0С; юГО = 0,67 м/с; f = 0,41
Из табл. 3 видно, что с увеличением толщины слоя время сушки коры увеличивается. Температура и скорость газов принимались постоянными величинами.
При проведении расчетов было принято: конечная температура сушки коры 140о С, начальная - 20 оС; влажность коры начальная - 80 %, конечная - 60 %.
Результаты исследований закономерностей сушки древесной коры планируется использовать при обосновании:
- выбора технологии энергетического использования древесной коры;
- выбора и совершенствования технологии сушки древесной коры перед ее сжиганием.
Выводы
1. Рассмотрены основные особенности использования древесной коры как топлива.
2. Рассмотрены варианты сушки коры высокотемпературными отходящими дымовыми газами.
Литература
1. Головков С.И., Коперин И.Ф., Найденов В.И. Энергетическое использование древесных отходов. М.: Лесная промышленность, 1987. 224 с.
2. Любов В.К., Любова С.В. Повышение эффективности энергетического использования биотоплив. Архангельск, 2010. 496 с.
3. Любов В.К. Энергетическое использование биотоплива. Архангельск: АГТУ, 2007. 56 с.
References
1. Golovkov S.I., Koperin I.F., Naidenov V.I. Energeticheskoie ispol'zovanie drevesnykh otkho-dov [Energy use of wood waste]. Moscow: Lesnaia promyshlennost', 1987. 224 p.
2. Liubov V.K., Liubova S.V. Povyshenie effektivnosti energeticheskogo ispol'zovaniia biotopliv [Increasing the efficiency of energy use of biofuels]. Arkhangelsk, 2010. 496 p.
3. Liubov V.K. Energeticheskoe ispol'zovanie biotopliva [Energy use of biofuel]. Arkhangel'sk: AGTU, 2007. 56 p.
Синицын Н.Н., Телин Н.В., Виноградова М.С., Гаркавченко Э.В., Гневашева Т.В., Кузнецова В.П., Павлова А.И. Исследование возможностей и оценка времени сушки древесной коры отходящими высокотемпературными дымовыми газами котельных агрегатов // Вестник Череповецкого государственного университета. 2017. №6 (81). С. 39-43.
For citation: Sinitsyn N.N., Telin N.V., Vinogradova M.S., Garkavchenko E.V., Gnevacheva T.V., Kuznetsova V.P., Pavlova A.I. Investigation of opportunities and evaluation of time of wood crude drying with waste high-temperature smoke gases of boiler units. Bulletin of the Cherepovets State University, 2017, no. 6 (81), pp. 39-43.
