CC BY
26
чайними методами лшшного програмування. Cnoci6 розв'язання багатокри-TepianbHOi моделi розглядаеться у розд. 2 [3, ст. 178].
Висновки
1. Для оптимiзaцii багатостадшного процесу розкрою доцiльно вико-ристовувати шдхщ, який передбачае узагальнене поняття "схема розкрою", зпдно з яким розглядаеться бaгaтовapiaнтний pозкpiй деревини чи нашвфаб-pикaтiв на усiх стaдiях розкрою. Основним недолжом цього пiдходу е розв'язання оптимiзaцiйноi зaдaчi значно!" pозмipностi.
2. Розроблено математичну модель оптимiзaцii бaгaтостaдiйного процесу розкрою деревини на пиломaтepiaли i заготовки, у якш об'емно-якiснi виходи кшцево! пилопродукци та нaпiвфaбpикaтiв на кожнш стади дають змогу отримати piвняння мaтepiaльного балансу деревини та слугують з'ед-нувальною ланкою мiж структурними моделями окремих стадш.
3. Кpитepiями eфeктивностi бaгaтостaдiйного процесу розкрою при-йнято мiнiмум використано!" деревини або вiдходiв з не!', оскiльки щ показни-ки входять у piвняння мaтepiaльного балансу деревини. Обмеженнями при цьому е задаш об'еми очжувано!" пилопродукци та ii комплeктнiсть, а також об'еми готово!" пилопродукци, передбачеш на виходi системи розкрою.
Лггература
1. Бугаев Ю.В. Модели и алгоритмы математического обеспечения автоматизации проектирования многостадийного раскроя древесины : автореф. дисс. на соискание учен. степени канд. техн. наук / ВПИ. - Воронеж, 1986. - С. 6-8.
2. Петровский В.С. Алгоритмизация раскроя стволов на пиловочное сырье для максимизации объемного выхода обрезных пиломатериалов // Лесной журнал : извест. высш. учебн. завед. - Архангельск : Изд-во АЛТИ. - 1968. - № 4. - С. 7.
3. Петровський В.С. Оптимальная раскряжевка лесоматериалов. - 2-е изд., [перераб. и доп.]. - М. : Изд-во "Лесн. пром-сть", 1989. - 288 с.
4. Рыкунин С.Н. Математическая модель оптимизации раскроя пиловочного сырья на заготовки // Лесной журнал : извест. высш. учебн. завед. - Архангельск : Изд-во АЛТИ. -1983. - № 4. - С. 73-76.
УДК 621 Acnip. С. С. Лис1 - НЛТУ Украти, м. Львiв
ОГЛЯД ТЕХНОЛОГИ ГАЗИФ1КАЦН ДЕРЕВИНИ
На сьогодш чиста енерпя з деревини та ii вiдходiв у крашах €С становить 67 % вщ загального споживання, а в Укршш менше шж 0,5 %. На сьогодш в багатьох крашах aктивiзувaлись роботи зi створення i вдосконалення обладнання тepмохiмiч-но! конверсп бюмаси для вироблення горючого газу (синтез-газу). Встановлено, що найперспектившшою i ушверсальною е газиф1кащя в киплячому шар1 завдяки хоро-шому регулюванню температури, низькому виходу смол, невибагливосп до якосп палива i можливостi працювати за часткового завантаження. Такий реактор легко за-пускаеться i зупиняеться.
Post-graduate S.S. Lys - NUFWT of Ukraine, L'viv Review of technology of gasification of wood
With a tense situation at the power market in the world, protracted price advance on basic power mediums such as an oil and gas, world association must provide itself by alter-
1 Наук. кер1вник: доц. Я.М. Гнатишин, канд. техн. наук - НЛТУ Укра1ни, м. Льв1в
native energy sources. One of the most perspective renewable energy sources is wood and its wastes. For today are known quite a bit methods of redoing of wood and its wastes in energy, but one of the more perspective is gasification. Use of boiling layer is the most effective method of gasification as most intensive. It is set that most perspective and universal is gasification in a boiling layer due to the good adjusting of temperature, low output of resins, unpretentiousness, to quality of fuel and possibility to work at a partial load. Such reactor is easily started and stopped.
З огляду на напружену ситуащю на свгтовому енергоринку та у кра-1нах-експортерах енергоносйв, i, як наслщок, значний i тривалий picT щн на основш енергоносй, таю як нафта i газ, перед свгтовою спшьнотою постае питання забезпечення себе альтернативними джерелами енергй. На сьогодш вщомо багато методiв перероблення деревини в енергш, але одним i3 найперспектившших е газифiкацiя.
Особливо гостро таке питання сто1ть перед кра1нами iмпоpтеpами енергоносйв, в яких власш запаси обмеженi. Однiею з таких кра1н е Укра1на, де ситуащя, що склалася з постачанням природного газу у 2006-2009 рр. змушуе замислитись над подальшою перспективою для украшсько! економь ки. Адже для Укра1ни е актуальною проблема штеграцй 11 економiки в св^о-ву. Подальше розширення мiжнаpодного економiчного cпiвpобiтництва пот-ребуе впровадження в Укра1ш енергетично! полiтики, аналопчно! до кра1н GC, де альтеpнативнi джерела енергй за останш роки набувають дедалi бшь-шо1 популяpноcтi i стають прерогативою в дiяльноcтi уpядiв цих кра1н.
У галузi енергетики краши GC докладають значних зусиль щодо шд-вищення свое! енергетично! незалежноcтi, збiльшення обcягiв використання власних вщновлюваних енергоносйв, зменшення шкiдливого впливу на дов-кiлля. Одним з найперспектившших вiдновлюваних джерел енергй е деревина та 11 вдаоди.
Залишена в лici невирубана спша i перестояла деревина, особливо ма-лоцiнних, м'яких листяних поpiд, порубш залишки деревини не тiльки зава-жають переформуванню листяних насаджень в бшьш цiннi хвойнi деревосто!, але створюють високу пожежну небезпеку в люах i використовують у проце-ci гниття велику кiлькicть кисню, внаслщок чого викидае СО2 в атмосферу. Люозаго^вельш, деpевообpобнi пiдпpиемcтва, а також використана деревина в мютах дають велику кшьюсть деревних вiдходiв.
Проте доcвiд Евросоюзу - це не лише використання енергосировини зi звалищ, ciльcькогоcподаpcького чи деревообробного виробництва, а й спе-цiально вирощено! швидкозростаючо! енергетично! деревини - тополi та вер-би. Перша заго^вля здiйcнюетьcя пicля 3-4 pокiв з часу посадки, коли парос-тки досягають 5-6 м заввишки. Це вщбуваеться зимою, а наступно! весни ро-слини починають рости з пеньюв. Протягом всього пеpiоду (20-30 роюв) ic-нуе можливicть 5-7 заго^вель без зменшення пpодуктивноcтi насаджень. Врожайшсть на вербових плантацiях 19 т/га сухо! маси, у той час як урожай тополi 17 т/га.
На сьогодш вщомо чимало cпоcобiв переробляння деревини та вщхо-дiв з не! в енергш, але одним з найперспектившших е газифжащя. Газифжа-цiя - це високотемпературний процес, в якому тверде паливо вступае в реак-щю з обмеженою кiлькicтю кисню або пов^я для перетворення всього вуг-
лецю в синтез-газ. За повггряного дуття максимальш температури процесу досягають 900-1000 °С, а кисневого - 1000-1400 °С. Повiтря е найпростiшим i найбiльш використовуваним окислювачем. Синтез-газ може використовува-тися для отримання тепла в бойлерi або пiчцi, або шсля охолодження i очи-щення як паливо для двигуна внутрiшнього згорання з отриманням мехашч-но! або електрично! енергй' в разi використання когерентно! установки.
З 1 м деревини можна отримати 1500 кВт-год електроенергн i близько 0,8 Гкал тепла, крiм цього, утворюеться деревна зола - цiнне мшеральне доб-риво. Цiна сировини становитиме близько 6 % вщ вартост вироблено! про-дукци.
Табл. 1. Порiвняльна характеристика енергетично'1 цHHoemi деревини
з шшими видами палив
Вид палива Енергетична цштсть [МДж /кг]
Дизельне паливо 42,0
Газ GZ - 50 37,0
Кам'яне вугшля 31,0
Кокс 28,5
Вугшля буре 15,0
Деревина (суха) 15,0
Важливий еколопчний аспект - деревина е СО2 нейтральною. Кшь-юсть викинутого газу СО2 практично прирiвнюеться до кiлькостi цього газу, яку споживае деревина шдчас свого росту.
Процес газифжацн можна описати простими хiмiчними реакцiями. На-грiвання палива до температур газифiкацii вiдбуваеться внаслщок того, що частина його згорае, утворюючи дiоксид вуглецю:
С + О2 ^ СО2 + 393, кДж/моль Тепловий ефект реакцii - кДж/моль.
У випадку нестачi О2 вiдбуваеться також реакцiя утворення оксиду вуглецю:
С + 0,502 ^ СО + 110,6, кДж/моль Ця реакщя вiдбуваеться також з видшенням теплоти, але в цьому випадку q2, q1 i частина потенцiальноi хiмiчноi енергii вуглецю переходить в хь мiчну енергш оксиду вуглецю СО, який е горючим газовим складником процесу газифшацн вуглецю. Оксид вуглецю також можна отримати шд час вщ-новлення С02 на поверхш розжареного палива за реакщею:
С + О2 ^ 2СО - 172,6, кДж/моль Ця реакщя вщбуваеться з поглинанням теплоти i внаслiдок охолодження вуглецю припиняеться. Якщо в зош газифiкацii е водяна пара за висо-ких температур вщбуваеться реакцiя 11 конверсii:
С + Н2О ^ СО + Н2 - 131,4, кДж/моль СО + Н2О ^ СО2 + Н2 + 41,2, кДж/моль При цьому утворюеться другий горючий складник газу - водень. У випадку наявност високого тиску вщбуваеться реакщя утворення третього горючого складника метану:
С + Н2 ^ СН4 + 74,9, кДж/моль
2СО + 2Н2 ^ СН4 + СО2- - 321,3, кДж/моль
Таким чином, пiд газифжащею палива розумiють термохiмiчний про-цес взаемоди оргашчно! маси палива з газо- i пароподiбними реагентами, внаслщок якого вся вона трансформуеться в газ, який складаеться з горючих i негорючих складникiв.
Склад газу, отриманий в процес газифшаци, залежить вiд багатьох чинникiв, головним з яких е вид i характеристика палива, температура i тиск в зош реакци, склад дуття. На практищ температуру процесу газифжаци тд-тримують в межах 1100-1300 °С i за тиску вiд 0,1 до 10 МПа i вище.
Газифiкувати деревину можна в рiзному обладнаннi, яке класифь кують за рухом потоюв твердих речовин i газiв. Реактори з нерухомим шаром:
• попутний потж - паливо 1 газ рухаються в одному напрямку, вниз або вверх;
• протитж - паливо 1 газ рухаються в р1зних напрямках;
• перехрещений потж - паливо рухаеться вниз, газ подаеться тд прямим ку-том (горизонтально).
Реактори з зрвдженим шаром:
• киплячий шар - ввдносно низька швидшсть газу, велика частина шертного твердого матер1алу залишаеться в реакторц
• циркуляцйний шар - шертна речовина виноситься, роздшяеться 1 рецирку-люеться. Так само називаеться: система з двома киплячими шарами;
• газифжащя в потоц - мае найвищу швидшсть газу серед псевдозрщжених систем.
Табл. 2. Порiвняльнiхарактеристики деяких газифiкаторiв.
Назва показника Нерухомий шар Зрщжений шар У потощ
Попутний потш Протиик Киплячий шар Циркуляцшний шар
Т,°С 700-1200 700-900 900 900 1500
Смоли Низький Дуже високий Середнш Середнш Ввдсутнш
Регулювання Легке Дуже легке Середне Середне Загальне
Потужтсть, МВт до 5 до 20 10-100 до 20 до 100
Подача палива (деревини) Дуже критично Критично Менш критично Менш критично Дуже дисперст частинки
Переваги газифiкаторiв з нерухомим шаром: високий стетнь перетво-рення вуглеводню; малий винiс золи; тривале перебування твердого палива в реакторц досить проста конструкщя. Переваги газифiкаторiв зi зрщженим шаром: хороший контакт мiж газом i твердим паливом; дуже добре перемь шування; високий ККД; висока потужшсть.
Висновок. Найперспективнiшою i ушверсальною е газифiкацiя в кип-лячому шарi завдяки хорошому регулюванню температури, низькому виходу смол, невибагливостi до якост палива i можливостi працювати за часткового завантаження. Такий реактор легко запускаеться i зупиняеться.
Лггература
1. Бойлс Д. Биоэнергия: технология, термодинамика. Издержки. - М. : Изд-во "Агро-произдат", 1987. - 234 с.
2. Bruce Knight, Adam Westwood. Global growth. The world biomass market. Renewable Energy World, Jan-Feb 2005. - Vol. 8, № 1.
УДК 681.142:612.822 Ст. наук. ствроб. М.Р. Подольський, канд. техн. наук -1нститут геологи i геохми горючих копалин НАН Украти, м. Rbeie
МОДЕЛ1 ДЛЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЗОВАНОГО ВИЛУЧЕННЯ Б1ОГАЗУ З ПОЛ1ГОН1В ТВЕРДИХ ПОБУТОВИХ В1ДХОД1В
Розглянуто модел1 для автоматизованого вилучення бюгазу для його енерге-тично! утишзацп. Наведено приклади моделювання вилучення бюгазу. Встановлено, що тд час рекультивацп иол1гону твердих побутових вщход1в (ТПВ) 1з енергетич-ною утишзащею бюгазу на етат вишукувальних роб1т проводиться ощнка загально-го газового потенщалу пол1гону i визначаються оптимальш режими вилучення бюгазу, що слугують тдставою для вибору структури i потужност обладнання для енер-гетично! утил1зацп бюгазу. Доведено, що ефективш системи управлшня енергетич-ною утишзащею бюгазу можна побудувати т1льки за умови 1хньо1 в1дпов1дност1 кон-кретним газовим властивостям иол1гону ТПВ, зокрема оптимальним режимам вилучення бюгазу.
Senior research officer M.R. Podolskyy - Institute of geology and geochemistry of
combustible minerals NAS of Ukraine, Lviv
Models for biogas automatic extraction process from sanitary waste landfills
The models for automatic biogas extraction from waste landfills are described. The examples of biogas extraction modelling are presented. It is set that during rekultyvation of ground of hard domestic wastes (HDW) with power utilization of biogas on the stage of searching works the estimation of general gas potential of ground is conducted and the optimum modes are determined exceptions of biogas, which serve as foundation for the choice of structure and power of equipment for power utilization of biogas. It is well-proven that effective control system by power utilization of biogas can be built only on condition of their accordance concrete gas properties of ground of HDW, in particular to the optimum modes of exception of biogas.
Вступ. Негативний вплив на довкшля юнуючих в Укра1ш полйошв твердих побутових вiдходiв (ТПВ) спричинений багатоpiчним порушеннями еколопчних норм 1х експлуатацй. Фiзико-хiмiчнi та бюлопчш процеси, яю вщбуваються в масивах ТПВ, призводять до низки негативних явищ, зокрема до забруднення атмосфери "звалищними газами" (бюгазом). Метою рекультивацп полйошв ТПВ е максимальне зменшення негативного впливу полйо-шв на довкшля. При цьому, бюгаз можна нейтpалiзувати шляхом спалювання на факелi або використовувати як альтернативне джерело енергй. Для енерге-тично! утилiзацil бюгазу потpiбно оцшити газовий потенщал пол^ону ТПВ та оргашзувати оптимальний режим вилучення бюгазу. Автоматизащя управ-лшня процесом вилучення бюгазу грунтуеться на характеристик газових пpоцеciв у маcивi ТПВ.
