CC BY
9
УДК 681.142:612.822 Ст. наук. ствроб. М.Р. Подольський, канд. техн. наук -1нститут геологи i геохти горючих копалин НАН Украти
ПРОЕКТУВАННЯ АВТОМАТИЗОВАНИХ ДОЗУВАЛЬНИХ СИСТЕМ ДЛЯ ПРОЦЕС1В ГАЗИФ1КАЦ11 ВУГЛЕЦЕВМ1СНО1 СИРОВИНИ
Розглянуто способи газиф1каци вугдецевм1сно'1 сировини й основш вимоги до проектування автоматизованих дозувальних систем. Запропоновано використання таршчастих дозаторiв для процеав плазмово" газиф1кацп. Наведено розроблений дослщний взiрець тарiлчастого дозатора для високотемпературно" газиф1кацп. Вста-новлено, що тд час проектування автоматизованих дозувальних систем для процеав газиф1кацп вугдецевм1сно'1 сировини визначальними чинниками е: параметри техно-логiчного процесу газиф1кацп; характеристики та вид вугдецевм1сно'1 сировини; адаптивнiсть автоматизованих дозувальних систем.
Вступ. У XXI ст. у зв'язку з системним подорожчанням нафти i газу спостер^аеться зростання частки вугшля та шших видiв вуглецевмiсноi сировини у структурi споживання енергоресурсiв. Однак безпосередне спалюван-ня такого палива спричиняе забруднення атмосфери i не може бути прийнят-ним з еколопчного погляду. Водночас, тривають пошуки еколопчно-чистих нових та модернiзацiя вiдомих технологш отримання енерги, зокрема у нап-рямку дослiдження багатостадiйних процесiв на основi газифiкацii. Пiд гази-фшащею розумiють процес перероблення вуглецевмiсноi сировини, який складаеться щонайменше з двох етатв. На першому сировину переробляють у такий спосiб, коли з не!" вдiляеться iнертна мiнеральна частина, яка виво-диться з реактора газифжацп i утилiзуеться, та газоподiбна (енергетична) ко-рисна частина, яку на наступному еташ можна використовувати у формi палива (спалювати) або перетворювати в iншi види палива чи хiмiчнi продукта.
Основш вимоги до проектування автоматизованих дозувальних систем. Зараз у свгговш практищ набули поширення технологи газифiкацii в потощ, в киплячому шарi, щшьному шарi, розплавi [1], якi дають змогу використовувати сировину з зольшстю до 50 % i високим вмiстом сiрки. Цi технологи розвивали переважно з метою використання продуклв газифiкацii в па-рогазових установках електроенергетики i отримання синтетичного газового i рiдкого палива.
Пiд час перероблення вуглецевмiсноi сировини також використову-ються плазмовi технологii [2]. Вони дають змогу газифжувати сировину з низьким вмютом вуглецю, а також небезпечш вiдходи. Плазмова газифiкацiя характеризуеться тим, що тепло, яке необхщне для проведення ендотермiчноi за сво'м характером реакцii утворення синтез-газу з вуглецевмiсноi сирови-ни, вводиться в систему з водяною плазмою, а не за рахунок спалювання само" сировини або за рахунок шших зовшштх джерел енерги.
Ефективнiсть ведення процесiв газифжаци вуглецевмiсноi сировини значною мiрою визначаеться характеристиками автоматизованих дозувальних систем. Автоматизована дозувальна система не знижуе потенцшно" ефек-тивностi технологи газифжаци, однак, може iстотно обмежити ii практичнi можливостi.
Шд час проектування дозувальних систем необхiдно враховувати тех-нологiчнi аспекти процесу газифжацп. Вiдомо, наприклад, що одшею з ваго-мих перепон на шляху широкого впровадження технологш газифжаци з ви-користанням рiзних конструкцiй колосникових реш^ок стала малоефективна неавтоматизована дозувальна система, що була мало сумюною з конструк-щею газогенераторiв. Недостатня сумюшсть дозувально! системи з техноло-пею газифжацп може призвести до ютотного заниження фактично! ефектив-ност технологи. Так, завданням автоматизовано! дозувально! системи для технологи газифжаци в потощ е збалансована технологiчним регламентом подача сировини в потж без створення ютотного впливу на потж i стабшь-нiсть роботи тд час змiни характеристик потоку. Аналопчне завдання повинна вирiшувати автоматизована дозувальна система i для технологи гази-фжаци, наприклад, у розплав^ збалансоване технологiчним регламентом по-давання сировини в розплав без створення ютотного впливу на розплав i ста-бiльнiсть роботи пiд час змши його характеристик.
1ншою важливою властивiстю дозувально1 системи, як, до реч^ i технологи газифжаци, е 1хня адаптивнiсть до характеру (компонентний склад, волопсть тощо) i виду (фракцiйний склад, зернистiсть, пористiсть та iн) сировини. Дозувальна система повинна бути здатною автоматично "настроюва-тись" як на характеристики сировини та реагувати на змши термодинамiчних умов в реакторах газифшаци. 1ншими словами, автоматизована дозувальна система повинна оптимiзувати подачу сировини за критерiем максимiзацil показникiв ефективностi технологи газифжаци.
Пiд час проектування автоматизованих дозувальних систем необхщно забезпечити керовашсть процесу газифжаци. Вирiшення цього завдання не-можливе без застосування сучасних шформацшно-аналггичних комп'ютер-них засобiв реального часу [5] та штегровано1 мережi контролерiв для спос-тереження за технолопчними параметрами i !х коригування. Зрозумшо, що управлiння автоматизованою дозувальною системою вiдбуваеться в складi загального управлiння процесом газифшаци, однак, внаслщок особливого впливу дозування сировини на ефектившсть процесу газифжаци, заслуговуе пильно1 уваги. Пiд час проектування шдсистеми управлiння треба мати на уваз^ що процеси газифжаци вiдбуваються за високих температур i тискiв, а також агресивш речовини у рщкому i газоподiбному станах. Тому, перехщт термiчнi процеси в масивних конструктивних компонентах вiдбуваються по-вiльно, а змши тиску можуть вщбуватися швидко, що створюе додатковi труднощi шд час проектування пiдсистеми управлiння.
Безумовною вимогою до проектування автоматизованих дозувальних систем i процесу газифжаци загалом е надiйнiсть i безпека для обслугову-ючого персоналу i довкшля. Вихiдними даними для проектування автоматизованих дозувальних систем е характеристики процесу газифжаци, парамет-ри сировини, алгоритми технологiчного регламенту, потужностi перероблен-ня сировини та продукци тощо.
Розглянемо вибiр конструктивних рiшень для дозувально1 системи на прикладi процесу високотемпературно1 плазмово1 газифшаци [3, 4].
ГТ1 • • • • •• 1 • •••
Таршчаси дозувальш системи для процесш плазмово1 газифмкацп.
Пiд час шдготовки до перероблення вуглецевмiсну сировину просушують та розмелюють до фракцп 0,15-0,25 мм, тобто на суху сипку масу. Пристрш для 11 подавання у процес газифшаци - дозатор повинен забезпечувати рiвномiр-не регульоване введення сировини в потж водяно! плазми реактора газифжа-ци у спосiб, який, по-перше, не спричиняв би порушення необхiдних термо-динамiчних умов газифжаци i, по-друге, не був би чутливим до безпосе-редньо! близькостi з високотемпературним газифжатором. Ще одшею важли-вою вимогою до дозатора е мiнiмiзацiя подачi повiтря, оскiльки кисень повгг-ря спричинятиме вигорання частини вуглецевмюно! сировини в газогенерато-рi з утворенням небажаного дюксиду вуглецю СО2, а баластний азот N розрь джуватиме продукти газифжацп, що попршуе якiсть отриманого синтез-газу.
Вказанi вимоги не задовольняють всi системи дозаторiв, що працюють за принципом повггряного дуття чи рiдинного вприскування, оскшьки вони не надаються для систем високотемпературно! пароводяно! газифжацп.
Як дозатор можна використовувати лише пристро!, якi призначенi для створення неперервних потоюв сухих сипких матерiалiв i конструкци яких обмежують потрапляння в газифжатор надлишкового повiтря. До таких доза-торiв належать шнековi (рис. 1) i тарiлчастi (рис. 2) пристро!.
Отвори для фиксатора
Рис. 1. Шнековий дозатор Рис. 2. Тартчастий дозатор
Шнековi дозатори переважно використовують для регулювання пода-чi твердого палива в котли для безпосереднього спалювання. Такi дозатори не забезпечують потрiбноl рiвномiрностi подачi сировини i не належно запо-бiгають надходженню надлишкового пов^я, а також не можуть функщону-вати сумiсно з високотемпературними потоками. Тому, можливють викорис-тання шнекових дозаторiв у системах високотемпературно! плазмово! газифь каци вуглецевмюно! сировини видаеться проблемною.
Принцип роботи таршчастого дозатора такий (рис. 3). Суха сипка маса через вхщний патрубок потрапляе на дозувальну таршку - шестерню з кон-
центрично розташованими отворами. Пiд час обертання дозувально! шестер-нi сипка маса шд дiею сили земного тяжiння з вхщного патрубка поступово заповнюе вщповщш отвори (вiдзначено цифрами Ф, 2, 4) i пiсля повороту дозувально! шестернi на частину оберту сипуча маса з цих отворiв надхо-дить у вихщний патрубок. У такий спосiб здшснюеться регульований непе-рервний вiдбiр сировини з вхщного патрубка i формування неперервного потоку сировини у вихщному патрубку.
Рис. 3. Схемароботи тартчастого дозатора
Верхня i нижня пластини дозатора обмежують потрапляння надлиш-кового повiтря у вихщний патрубок. Конфiгурацiя i розташування отворiв в дозувальнiй шестернi забезпечують рiвномiрнiсть потоку сировини. Продук-тивнiсть дозатора залежить вiд величини отворiв у дозувальнш шестернi i ре-гулюеться швидкiстю обертання дозувально! шестернi. Таким чином, плас-тинчастий дозатор забезпечуе необхщт вимоги для застосування в системах високотемпературно! газифжаци вуглецевмюно! сировини.
Загальний вигляд розробленого дослiдного взiрця тарiлчастого дозатора продуктивнiстю 8-32 кг вуглецевмюно! сировини на годину для проце-сiв плазмово! газифшаци наведено на рис. 4.
Шдсумки. Пiд час проектування автоматизованих дозувальних систем для процеав газифжацн вугле-цевмiсно! сировини визначальними чинниками е:
• параметры технолопчного проце-су газифшацн;
• характеристики та вид вуглецев-мюно! сировини;
• адаптивтсть автоматизованих дозувальних систем.
Проектування автоматизованих дозувальних систем потрiбно здшсню-вати за крш^ем максимiзацi! показни-юв ефективностi процесу газифiкацi!.
Рис. 4. Загальний вигляд до^дного взiрця тартчастого дозатора
Л1тература
1. Корневой Ю.П. Экологически чистые угольные энерготехнологии / Ю.П. Корчевой, А.Ю. Майстренко, А.И. Топал. - К. : Вид-во "Наук. думка", 2004. - 186 с.
2. Перспективы применения плазменных технологий в энергетике / В. А. Жовтянский, С.В. Петров, Ю.В. Стефаник, М.Р. Подольский // Угольная энергетика: проблемы реабилитации и развития : сб. тез. докл. III науч.-техн. конф. (Алушта, 14-18 сент. 2006 г). - Алушта, 2006. - С. 14-15.
3. Концепщя технологи перероблення вуглецевмюно'1 сировини в синтетичш вуглевод-ш / В. А. Жовтянський. Ю.В. Стефаник, М.Р. Подольський // Нетрадицшш i поновлюваш дже-рела енергп як альтернативш первинним джерелам енергп в регюш : матер. III Мiжнар. наук.-практ. конф. (Львiв, 14-15 квгг. 2005 р). - Львiв : ЛвЦНТЕ1, 2005. - С. 104-107.
4. Автоматизащя виробництва альтернативних палив на основi перероблення вуглецев-мiсних вiдходiв / М. Подольський // Техшчш вiстi. - 2009. - 1(29), 2(30). - С. 13-16.
5. Цмоць 1.Г. Методи проектування спецiалiзованих комп'ютерних систем управлшня та оброблення сигналiв у реальному час / 1.Г. Цмоць, Б. А. Демида, М.Р. Подольський // Автоматика. Автоматизащя. Электротехшчш комплекси та системи. - 2009. - № 2(24). - С. 137-145.
Подольский М.Р. Проектирование автоматизированных дозировочных систем для процессов газификации углеродистого сырья
Рассмотрены способы газификации углеродистого сырья и основные требования к проектированию автоматизированных дозировочных систем. Предложено использование тарельчатых дозаторов для процессов плазменной газификации. Приведен разработанный опытный образец тарельчатого дозатора для высокотемпературной газификации. Установлено, что при проектировании автоматизированных дозировочных систем для процессов газификации углеродистого сырья определяющими факторами являются: параметры технологического процесса газификации; характеристики и вид углеродистого сырья; адаптивность автоматизированных дозировочных систем.
Podolskyy M.R. Design of automated portion systems for process of carbon bearing raw materials gasification
The technologies of carbon bearing raw materials gasification and main demands to automated portion systems are discussed. The plate portion units for plasma gasification process are proposed. The experimental plate portion unit for high temperature gasification process are presented. It is set that at planning of the automated dosage systems for the processes of gasification of materials gasification determinatives is: parameters of technological process of gasification; descriptions and type of materials gasification; adaptiveness of the automated dosage systems._
УДК 674.047 Acnip. А.М. Сомар - НЛТУ Украти, м. Львiв
МОДЕЛЮВАННЯ Л1Н1ЙНИХ РОЗМ1Р1В ТА ПРИПУСК1В НА ОБРОБЛЕННЯ ЗАГОТОВОК ДЛЯ ВИГОТОВЛЕННЯ ЛАМЕЛЕЙ
Розглянуто питання визначення встановлених po3MipiB та ирииусюв на стру-гання i сушшня тд час виробництва сухих заготовок для виготовлення ламелей. Роз-рахунок ирииусюв на оброблення та сушшня виконують з використанням результа-■пв статистичного аналiзу розиодшу лшшних розмiрiв, що дае змогу врахувати стан технолопчного обладнання, якють сушшня та рiвень тдготовки рiзального шстру-менту.
Яюсть розкрою круглих л1соматер1ал1в на заготовки для виробництва ламелей визначають точшсть розм1р1в, форма ииломатер1ал1в (заготовок) та
