CC BY
54
УДК 674.8
Д. В. Тунцев, Р. Г. Сафин, А. М. Касимов, Э. К. Хайруллина, Х. Г. Мусин, А. С. Савельев
ПРОМЫШЛЕННАЯ УСТАНОВКА ДВУХЭТАПНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ
ОТХОДОВ ЛЕСНОГО КОМПЛЕКСА
Ключевые слова: отходы лесозаготовки, переработка, пиролизная жидкость, газификация древесного пиротоплива, генераторный газ.
Дано описание промышленной установки для двухэтапной термической переработки древесных отходов лесоперерабатывающих и деревоперерабатывающих предприятий.
Keywords: waste wood complex, recycling, liquidpyrolysis, gasification wood biofuel, producer gas.
The description of an industrial plant for the two-stage thermal processing wood waste timber processing and of wood processing enterprises.
Российская Федерация - государство с большим запасом лесных ресурсов. Леса России занимают около 70% территории ее суши и являются важным стабилизирующим природным комплексом страны. Российская Федерация является лидером по площади лесов - 809090 тыс. га, или 20,1% общей площади лесов мира [1].
Лесные ресурсы РФ представлены тремя видами основных лесообразующих пород: хвойные (сосна, кедр, ель, пихта, лиственница) - 70,8%; мягколист-венные (береза, осина, липа, тополь, ива, ольха) -16,7%; твердолиственные (береза каменная, дуб, бук, ясень, клен, вяз и другие ильмовые, граб, акация белая, саксаул) - 2,4%.
В настоящее время для развития российской экономики, исключительно важную роль играет добыча и экспорт углеводородов [2]. Доля продукции лесопромышленного комплекса (ЛПК) в валовом национальном продукте Российской Федерации не превышает 5%. Одним из первостепенных задач экономического развития лесного сектора России является повышение эффективности и конкурентоспособно -сти деревоперерабатывающих предприятий на основе применения инновационных технологий [3].
Среди первоочередных направлений развития предприятий ЛПК, весьма важным является более полное использование образующихся древесных отходов [4].
Самым простым способом утилизации древесных отходов является их термическая переработка путем прямого сжигания с целью получения тепловой энергии. Перспективными и более эффективными считаются процессы термохимической конверсии древесных отходов в жидкие и газообразные продукты, необходимых для химической и другими отраслями промышленности [5].
На кафедре «Переработка древесных материалов» КНИТУ разработана промышленная установка двухэтапной термической переработки отходов лесного комплекса.
Принципиальная схема промышленной установки двухэтапной термической переработки отходов лесного комплекса представлена на рис. 1. Данная энергетическая установка непрерывного действия устанавливается непосредственно на лесоперерабатывающих и деревоперерабатывающих предприяти-
ях [6]. Внедрение промышленной установки по переработки отходов лесного комплекса в производственный цикл позволяет решить следующие задачи:
- утилизировать древесные отходы в зонах производства и улучшить экологическую обстановку [7];
- получить дополнительные энергетические ресурсы на основе возобновляемого сырья [8].
Промышленная установка работает следующим образом: отходы лесозаготовки I, прошедшее соответствующую подготовку (очищенная от посторонних предметов, измельченная), загружают в сушильный бункер 1, где осуществляют конвективную сушку сырья разбавленным топочным газом при температуре 160 - 200°С, до влажности сырья 10%, затем с помощью дозатора 2 и шнековым питателем 3 подают в реактор пиролиза барабанного типа 4, где ведут термическое разложение отходов лесозаготовки при температуре 450 - 520°С и давлении 500 - 1000 Па с образованием парогазовой смеси и угля [9].]
Уголь собирают в приемнике 5, затем его направляют в топку 6. Полученные топочные газы используют для нагревания реактора пиролиза 4 и газификатора 18, после чего их смешивают с воздухом до температуры 160 - 200°С при помощи вентилятора 7 и, пройдя через сушильный бункер 1 и обеспечив сушку сырья, выбрасывают в атмосферу через дымовую трубу 23. Парогазовую смесь II направляют в конденсатор, состоящий из распылительной колонны 8 и насадочной колонны 9, где в результате конденсации охлажденной пиролизной жидкостью, подаваемой насосом 11, при температуре 30-40°С, отделяют жидкий продукт IV, который собирают в приемной ванне 10, а затем подают в резервуар 12 для дальнейшего использования, не-сконденсированный пиролизный газ направляют на очистку в рукавных фильтрах 21. Жидкий продукт из резервуара 12 через фильтры 13, при помощи насоса 24 нагнетают в форсунку газификатора 16. Жидкий продукт пиролиза газифицируют при температуре 1000 - 1200°С, и давлении 100 - 300 кПа в присутствии кислорода в количестве 25-40 мас.% [10]. Для осуществления процесса газификации подают кислород в газификатор 18 из баллонов 14. Количество кислорода 25-40 мас.%, подаваемого на процесс газификации, дозируют автоматическими регуляторами соотношения 15, 17. Полученный ге-
нераторный газ V, имеющий температуру 1000-1200°С, направляют в теплообменник 19 для охлаждения. Нагретую воду в теплообменнике 19 используют для предварительного нагрева пиролизной жидкости в резервуаре 12 до температуры 60 - 70°С. Последующее охлаждение генераторного газа осуществляют в полом скруббере 20. Очистку генера-
торного газа ведут в рукавных фильтрах 21. После очистки генераторный газ и несконденсированный пиролизный газ подают в генератор электрической энергии 22. В таблице 1. приведены основные технические характеристики установки термической переработки отходов лесного комплекса.
14 15 \J5U7 \15 1 \20 \21
Рис. 1 - Принципиальная схема промышленной установки двухэтапной термической переработки отходов лесного комплекса: 1 - сушильный бункер, 2 - дозатор, 3 - шнековый питатель, 4 - реактор пиролиза, 5 -приемник, 6 - топка, 7 -вентилятор, 8 - распылительная колонна, 9 - насадочная колонна, 10 - приемная ванна, 11 - насос, 12 - резервуар, 13 - фильтр, 14 - кислородный баллон, 15, 17 - регуляторы соотношения, 16 - форсунка, 18 - газификатор, 19 - теплообменник, 20 - скруббер, 21 - рукавные фильтры, 22 - генератор электрической энергии, 23 - дымовая труба
Таблица 1 - Технические характеристики установки двухэтапной термической переработки отходов лесного комплекса
Наименование характеристики Значение Ед. измерения
Производительность установки кг/час (кг/год)
* по исходному сырью 200 кг/час
* по бионефти 130 кг/час
по электрической энергии 100 кВт час
Продолжительность работы установки 24 ч/сутки
Сырьё - древесная щепа размером, не более 10 мм
Исходная абсолютная влажность сырья, не более 60 %
Потребляемая электрическая мощность 10 кВт
Напряжение 380 В
Максимальная температура в камере пиролиза 580 0С
Максимальная температура газификатора 1200 0С
Установка термической переработки отходов лесного комплекса позволяет создать более эффективный способ переработки отходов лесного комплекса для выработки электрической энергии при использовании жидких и газообразных продуктов термического разложения, так как он позволяет не только осуществить способ, на реализацию которого затрачивается лишь 15% от количества получаемой электрической энергии, и дает возможность 85 % энергии использовать для нужд народного хозяйства [11].
Таким образом, функционирование промышленной установки по двухэтапной термической переработки отходов лесного комплекса в часы работы предприятия позволяет снизить потребность в энергии от внешнего поставщика и сократить суточные колебания нагрузки в системе передачи электроэнергии потребителям. Снижается необходимость в разработке и строительстве специальных заводов для утилизации отходов лесного хозяйства.
Литература
1. Просвирников Д.Б. Способы получения и области применения порошковой целлюлозы [Текст] / Д.Б. Просвирников, И.Р. Ахметшин, Д.Ш. Гайнуллина, Т.Д. Про-свирникова // Вестник Казанского технологического университета. - 2014. - № 17. Т.17. - С.109 - 112.
2. Садртдинов А.Р. Разработка опытно - промышленного образца установки по утилизации древесных отходов с получением диметилового эфира [Текст]/ А.Р. Садртдинов, Л.М. Исмагилова // Вестник технологического университета. - 2015. - № 9. Т.18. - С.94 - 100.
3. Грачев А.Н. Исследование физико-химических свойств жидкого пиротоплива из отходов древесины и оценка его энергетического использования [Текст] / А.Н. Грачев, Р.А. Халитов, Ю.П. Семенов, Е.Ю. Разумов, Д.В. Тунцев // Деревообрабатывающая промышленность. -2009. - №4. - С. 24 - 26.
4. Зиатдинова Д.Ф. Современные состояние техники и технологии переработки древесных материалов, сопровождающихся выделением парогазовой фазы [Текст] / Д.Ф. Зиатдинова // Вестник Казанского технологического университета. - 2013. - № 18. Т.16. - С.75 - 79.
5. Тунцев Д.В. Разработка комплексной технологии термохимической переработки древесных отходов / Д.В. Тунцев, А.М. Касимов, Р. Г. Хисматов, И. С. Романчева, А.С. Савельев // Деревообрабатывающая промышленность. - 2014. - №4. - С. 50 - 55.
6. Таймаров М.А. Энергосберегающая установка термохимического разложения отходов деревообрабатывающих предприятий [Текст] / М.А. Таймаров, Н.Ф. Тимер-баев, И.И. Хуснуллин, М.В. Шулаев // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. - 2012. - № 3 - 4. - С. 88 - 93.
7. Тунцев Д.В. Разработка технологии газификации жидкого продукта контактного пиролиза древесины [Текст]/ Д.В. Тунцев, Р.Г. Сафин, А.М. Касимов, Р.Г. Хисматов, И.С. Романчева, А.С. Савельев // Вестник технологического университета. -2015.-№4. Т.17 -С.179-182.
8. Тунцев, Д.В. Установка для газификации жидкого продукта контактного пиролиза древесных отходов [Текст] / Д. В. Тунцев, Р.А. Халитов, М. К. Герасимов, А. М. Касимов // Вестник Казанского технологического университета. - 2014. - №1. Т17. - С.91 - 93.
9. Тунцев, Д.В. Математическая модель термического разложения древесины в условиях кипящего слоя и конденсации продуктов разложения [Текст] / Д.В. Тунцев, А.Н. Грачев, Р.Г. Сафин // Вестник Казанского технологического университета. - 2011. - №14. - С.94 - 100.
10. Тунцев Д.В. Математическое моделирование газификации жидкого продукта контактного пиролиза древесины [Текст] / Д.В. Тунцев, Р.Г. Сафин, А.М. Касимов, Р.Г. Хисматов, И.С. Романчева, А.С. Савельев // Вестник технологического университета.-2015.-№6. Т.18. -С.168-173.
11. Тунцев, Д.В. Пиротопливо - продукт быстрого пиролиза растительной биомассы / Тунцев Д.В., Филлипова Ф.М., Хисматов Р.Г., Тимербаев Н.Ф. // Журнал прикладной химии, г. Санкт - Петербург. - 2014. -Т. - 18. № 9. - С. 1381.
© Д. В. Тунцев - к.т.н. доцент кафедры переработки древесных материалов КНИТУ, [email protected]; Р. Г. Сафин - д.т.н. профессор, зав. каф. переработки древесных материалов КНИТУ, [email protected]; А. М. Касимов - аспирант кафедры переработки древесных материалов КНИТУ, [email protected]; Э. К. Хайруллина - магистр кафедры переработки древесных материалов КНИТУ, xp8519@gmail. com; Х. Г. Мусин - д.с.-х.н. профессор кафедры переработки древесных материалов КНИТУ, [email protected]; А. С. Савельев - студ.кафедры переработки древесных материалов КНИТУ ,[email protected].
© D. V. Tuntsev - candidate of technical sciences, associate professor of processing of wood materials KNRTU, [email protected]; R. G. Safin - doctor of engineering, professor of processing of wood materials KNITU, [email protected]; А. M. Kasimov - graduate student of processing of wood materials KNRTU, [email protected]; E. K. Khairullina - student of the chair processing of wood materials KNRTU, romancheva.irina@ inbox.ru; А. S. Sowells - student of the chair processing of wood materials KNRTU, [email protected]; [email protected]; G. H. Musin - doctor of Agricultural Sciences, professor of processing of wood materials KNRTU, [email protected]; А. S. Sowells - student of the chair processing of wood materials KNRTU, [email protected].
