CC BY
17
3. ТЕХНОЛОГИ! ТА УСТАТКУВАННЯ Л1СОВИРОБНИЧОГО КОМПЛЕКСУ
УДК 536.7 Проф. П.В. Бглей, д-р техн. наук;
астр. Б.1. Приставський - НЛТУ Украти, м. Львгв
ТЕПЛОТЕХН1ЧНА МОДЕЛЬ ТЕПЛОГЕНЕРАТОРА ДЛЯ СПАЛЮВАННЯ ДЕРЕВИННО1 СИРОВИНИ
Деревна сировина е найбшьш ефективним вщновлювальним джерелом енерги, а запаси деревно! сировини, як палива, формуються з люошчних вiдходiв, вiдходiв лiсопильних, меблевих та деревообробних виробництв, а також iз вживано! дереви-ни. Розглянуто процеси горшня, описано теплотехнiчнi характеристики деревного палива, продук^в згоряння та методику складання теплового балансу.
Ключовг слова: деревина, паливо, теплота згорання, теплоемшсть, теплопро-вiднiсть, вологiсть, топковi гази, тепло генератор.
Вступ. Деревна сировина, як паливо, е найбшьш гарантованим вщновлювальним джерелом енергл, пор1вняно з енерпею виру, сонця, геотермальною енерпею та пдроенерпею. Запаси деревно! сировини, як палива, склада-ються з: люошчних в1дход1в; деревини л1с1в, яка не придатна для господарсь-ких цшей; в1дход1в люопильних, плитних, меблевих та деревообробних виробництв; вживано! деревини, яка вичерпала свш термш експлуатаци; швид-коросло! деревини. Вш щ види деревини можна безпосередньо використати як паливо або переробити в паливш брикети, пелети та синтез-газ. Основни-ми теплотехшчними характеристиками палива з деревини е вмют горючих речовин (вуглець, водень), негорючих речовин (кисень, азот) та баласт (воло-псть, зола), питома теплоемшсть ! теплопровщшсть деревини та вщход1в з не!, а димових (топкових) газ1в, що утворюються тсля спалювання деревно! сировини, е вища ! нижча теплоспроможтсть палива або теплотворна здат-шсть, кшьюсть димових газ1в, !х ентальтя та вологовмют.
Деревина в абсолютно сухому сташ мае такий х1м1чний склад: кисень - 44,2 %, вуглець - 49,5 %, водень - 6,5 %. З цих х1м1чних елеменпв формуеться вщповщш х1м1чш речовини: целюлоза, гемщелюлоза, л1гнш, що становить 90... 96 % маси деревини в абсолютно сухому сташ. Решта (4... 10 %) е екстрактивш, дубильш речовини та смоли, а також неоргашчш речовини, яю тсля спалювання утворюють пошл - золу, що складаеться з1 солей кальщю, кал1ю, натрто, магшю тощо. Стовбурна деревина тсля спалювання дае менше золи, тж кора ! листя.
З одного кубометра деревини можна отримати близько 1500 юловат-годин електроенергп або близько 0,8 Гкал теплово! енерги. Цша сировини становить приблизно 6 % вщ вартосп вироблено! енерги. Важливим е також еколопчний аспект використання, як паливо, деревно! сировини - кшьюсть викинутого в атмосферу СО2 прир1внюеться до спожитого цього газу тд час росту дерева.
Нацюнальний лкотехшчний унiверситет Украши
С = +— (0,045— 2 +1,95— - 3,9), кДж/(кг-к), (2)
Основними тепловими характеристиками палива з деревини е його ви-ща i нижча теплота згорання (теплотворна здатнють), питома теплоемнiсть та теплопровщшсть. Рiзницею мiж вищою i нижчою теплотворною здатнiстю палива можна визначити за формулою
Адт = 4,19 (81-С + 300-Я - 26-0)-(0,01—в г0 + р„СпУМ), кДж/кг, (1) де: перший член цього рiвняння - вища теплотворна здатнють палива (С, Я, О - вщповщно вмют вуглецю, водню i кисню в палив^; другий член рiвнян-ня - це е кшьюсть теплоти, яку потрiбно витратити для перетворення води, що е в 1 кг палива (деревини), на пару; третш член рiвняння - це кшьюсть теплоти, яку потрiбно витратити на пда^в водяно! пари, що е в повiтрi (пот-рiбно для горiння), до температури горшня палива.
Для вiдходiв з деревини густиною вiд 200 до 1100 кг/м3 питому теп-
лоемнiсть можна визначити за формулою /
а теплопровiднiсть за формулою
I = 0,022 + 0Д68-10"3р„ + 3,82-10"3 Т, Вт/(м-к), (3)
де: р„ - густина деревини з заданою вологiстю, кг / м3; Т - температура деревини, К. Для пари наведет вище стввщношення (2) i (3) мають такий вигляд: С = 1,3+(0,023+р-10"4) -+0,01Т (Т -10"3-0,15), кДж/(кг К), (4)
I = 0,025+(0,15+0,012—)р-10"3+1,9Т-10-4, Вт/(м-К), (5)
Найбiльш ефективним е процес спалювання дрiбнодисперсного палива в камерних або циклонних топках, який вiдбуваеться в потоках сушшня повiтря з частинами палива у вщповщних пропорцiях. Отож, перед спалю-ванням паливо з деревини потрiбно подрiбнити до дрiбнодисперсного стану i пiдсушити, що дасть змогу регулювати процес сушiння.
Для запалювання сумiшi в зонi загоряння необхщно створити температуру самозаймання тому, що з ще! зони теплота выводиться холодною су-мшшю, яка подаеться в топку. Теплова потужнють джерела загоряння повинна бути такою, щоб забезпечити горшня сумiшi в мiсцi 11 подачi та навко-лишнiх дiлянках. Початковий процес загоряння визначають за диферен-цшним рiвнянням густини енергп частинок;
/Т = авСК -а(Тг - Тч), Вт/м2, (6)
де: С - питома теплоемнють частинок палива (деревини), кДж/(кг К); /- пи-тома поверхня частинки/=6/(р§), м2/кг (р - густина частинок, кг/м3); 8 - еквь валентний дiаметр частинок, м; 0 - теплота згорання палива, кДж/кг; в - хь мiчна характеристика палива; К - стехюметричний коефiцiент (вщношення маси палива до маси, витраченого на хiмiчну реакцiю кисню); а - коефщент тепловiддачi вiд частинок до газу, Вт/(м2-К); Тг, Тч - вщповщно температура частинок i газу, К.
У випадку горшня частинок палива в юнетичному режим^ процес го-рiння необхiдно перевести в дифузшний режим за рахунок тдвищення тем-
ператури, що можливо зробити за допомогою додаткового джерела тепла або шляхом шдвищення концентрацп частинок у газi. Для опису цього явища до рiвняння (6) треба ще долучити диференцшне рiвняння густини енергп газу:
СгРгд~т = И/а (Т - Гч), Вт/м2, (7)
ат
де: Сг - питома теплоемнють газу, кДж/(кг К); рг - густина газу, кг/м3; р -концентрацiя частинок палива в газi, кг/м3.
У деревообробнiй галузi промисловостi використовують рiзнi енерге-тичш агрегати: паровi котли, водогрiйнi котли; тепловi генератори топкових газiв, повпряш теплогенератори та газотурбiннi установки. У парових та во-догрiйних котлах та в повпряних генераторах теплота, яка отримуеться вiд згорання палива, передаеться промiжному теплоносiевi (вода, пара, повиря) через тверду поверхню, який використовують для нагрiвання повiтря, нап-риклад у процесах нагрiвання i сушiння деревини (шпону, пиломатерiалiв, подрiбненоl деревини).
Для виробництва певно1 кшькосп теплоти необхiдно витратити вщпо-вщну кiлькiсть палива. Для цього потрiбно скласти тепловий баланс, за яким визначають кориснi витрати енергп та енергетичш витрати. Отже, тепловий баланс чисельно тдтверджуе ступiнь перетворення в теплову енерпю та по-казуе техшчну досконалiсть енергетичного агрегата.
Тепловий баланс складають для парових i водогрiйних котлiв та повгт-ряних теплогенераторiв iз розрахунку на 1 кг твердого палива (деревини або вiдходiв з не1), коли процес горшня е сталим. Теплота, що утворюеться в енергетичному агрегатi (<Зе), складаеться з нижньо1 теплотворно1 здатностi палива (Qн) та фiзичноl теплоти палива Qп=Спtп, кДж/кг. Отож
Qъ= Qн+ Qп, кДж/кг. (8)
Однак баланс тепла визначають за рiвнянням
Ql=Ql+ Q2+ Qз+ Q4+ Qл кДж/кг, (9)
де Q1 - корисна витрата теплоти, що, наприклад, для водогршних котлiв виз-начають за формулою
й = , кДж/кг (10)
В
де: М - масова витрата води, кг/год; Св - питома теплоемнють води, кДж/(кг К); В - витрата палива, кг/год; Т1, Т2 - вiдповiдно температура води на виходi та на входi води до котла, К; Q2 - витрата теплоти з димовими газами на ви-ходi з теплогенератора.
62 = ^(IВТ.- 1пое), кДж/кг (11)
де: 1аг., 1пов - вщповщно ентальпiя вихiдних газiв i повпря, кДж/кг; - пито-мi витрати теплоти вiд мехашчно1 неповноти згорання палива; Q3 - витрата теплоти вщ хiмiчноl неповноти згорання палива.
Q3=23,7•С•О/(СО2+СО), кДж/кг, (12)
Нацюнальний лкотехшчний унiверситет УкраУни
де: С, О, СО2, СО - вщповщний bmîct вуглецю, кисню та названих газ1в, %; Q4 - витрати теплоти вщ MexaHi4Hoï неповноти згоряння палива (вiд провалiв та винесення попелу), тобто
Q4 = 32,'7A \ал—+ а"л—I, кДж/кг, (13)
I 100 - qa 100 - QA J ^ у '
де: А - кшьюсть золи пiсля згорання палива; аА\ аА" - вiдповiдно коефщент теплообмiну попелу, що потрапив через колосники та винесеного з димом; Qa, QA - кшьюсть горючих речовин, що потрапили через колосники та вине-сених iз димом. Питом1 витрати теплоти
04 = Я± .100%, Q
де Q5 - витрата тепла через огородження, кДж/кг. Втрати (Q5) визначаються експериментальним шляхом або приймають за нормативними даними.
Коефщент корисноï дiï теплогенератора визначають за формулою
П = Q .100%. (14)
Q
Висновки. Теорiя горiння палива вiдтворена в теплотехшчнш моделi (формули 6, 7) процесу горшня дрiбнодисперсного палива з деревини в теп-логенераторi. Складено методику розрахунку теплового балансу на прикладi водогрiйного котла, визначено коефiцieнт корисноï дiï теплогенератора.
Л1тература
1. Андршчук 1.В. Ефектившсть використання енергп деревно!' бюмаси на деревооброб-них та люозагсшвельних шдприемствах (на приклад1 1вано-Франгавсько1 обласп) / 1.В. Андршчук // Зб1рник наукових праць Дншропетровського нацiснальнсгс ушверситету. - Сер.: Економжа: проблеми тесрiï та практики. - Дншропетровськ. - 2004. - Вип. 194, т. II. - С. 602-608.
2. Гнатишин Я.М. Теплотехнжа : навч. поабн. / Я.М. Гнатишин, В.1. Криштапович. - К. : Вид-во "Знання", 2008. - 364 с.
3. Семенишин 1.В. Енерготехнолопя хiмiкс-технслсгiчних прсцесiв : навч. пошбн. / 1.В. Семенишин, М.С. Мальований. - Львiв : Вид-во НУ "Львiвська пслiтехнiка". - 2005. - 420 с.
Билей П.В., Приставский Б.И. Теплотехническая модель теплогенератора для сжигания древесного сырья
Древесное сырье является наиболее эффективным обновительным источником энергии, а запасы древесного сырья, как топлива, формируются из лесосечных отходов, отходов лесопильных, мебельных и деревообрабатывающих производств, а также из употребляемой древесины. Рассмотрены процессы горения, описаны теплотехнические характеристики древесного топлива, продуктов сгорания и методика составления теплового баланса.
Ключевые слова: древесина, топливо, теплота сгорания, теплоёмкость, теплопроводность, влажность, топочные газы, теплогенератор.
Bilej P.V., Pristavskyy B.I. Heating engineering model warm generator for incineration of arboreal raw material
It is shown that arboreal raw material is the most effective renovation energy source, and the supplies of arboreal raw material, as fuels, are formed from lapwoods, wastes of sawing, furniture and woodworking productions, and also from the used wood. The proces-
ses of burning are considered, it is described heating engineering descriptions of fuelwood of foods of combustion and methodology of stowage of thermal balance.
Keywords: wood, fuel, warmth of combustion, heat capacity, heat-conducting, humidity, fire-box gases, warmly generator.
УДК 674.053:621.935 Доц. Л.Ф. Дзюба1, канд. техн. наук; викл. О.1. ХитряК2;
доц. 1.Т. Ребезнюк3, д-р техн. наук
ПОПЕРЕЧН1 КОЛИВАННЯ ПОЛОТНА СТР1ЧКОВО1 ПИЛКИ
Дослщжено поперечш коливання полотна стрiчковоi пилки. Нелшшне дифе-ренщальне рiвняння поперечних коливань розв'язано методом Бубнова-Гальоркша, використавши основш ще! методiв збурень. Отримано ампл^удно-частотш характеристики дшянок полотна с^чково! пилки.
Ключовi слова: стрiчкова пилка, сила натягу, швидгасть, ампл^удно-частотна характеристика.
Актуальн1сть 1 огляд основних результат1в. Яюсть розпилювання деревини на горизонтальних стр1чкопилкових верстатах 1з вузькими пилками визначають за хвилястютю пропилу. За [1] ця хвилястють утворюеться внас-лщок поперечних згинальних коливань полотна стр1чково! пилки. Якщо на-тягнута вузька стр1чкова пилка, що рухаеться з достатньо великою швидюс-тю р1зання (30-50 м/с), входить, коливаючись у площиш найменшо! жорсткосп (у поперечному напрямку), у деревину, то, як наслщок, утво-рюеться хвилястий пропил. Тому явище поперечних коливань полотна вузь-ко! стр1чково! пилки, що виникае внаслщок: дп несталого обертового моменту в1д електродвигуна на тяговому пилковому шювц дисбалансу пилкових шк1в1в; зазор1в чи перекошв в опорах вал1в чи осей мехашзму р1зання; нез-начного ексцентриситету напрямних ролиюв, - потр1бно враховувати як тд час проектування стр1чкопилкових верстапв, так 1 тд час !хнього експлуату-вання. На сьогодш вщомо невелику кшьюсть робгт, автори яких дослщжува-ли коливш процеси в с^чкових пилках. У робот! [2], на тдстав! розв'язку диференщальних р1внянь згинальних та крутильних коливань полотна стр!ч-ково! пилки з урахуванням змшно! сили натягу полотна, визначають власш частоти згинальних та крутильних коливань стр!чково! пилки та прогнозують 11 динамiчну стшюсть. У [3] теоретично дослiджено власш коливання розтяг-нутого полотна с^чково! пилки, коли його моделюють балкою на двох шар-шрних опорах, не враховуючи швидкосп !! поздовжнього руху. Розвиток уп-родовж останнього десятилитя динамiки поздовжньо-рухомих гнучких пружних елеменлв [4-6] дае змогу дослщити змушенi поперечнi коливання полотна вузько! с^чково! пилки з урахуванням швидкосп !! поздовжнього руху, тобто швидкосп рiзання.
Постановка задач1 та методика и розв'язування. Змушенi поперечнi коливання полотна с^чково! пилки, що рухаеться у поздовжньому напрям-
1 Львiвський ДУ безпеки жигтeдiяльностi;
2 Академiя сухопугних вiйськ iM. гегьмана Петра Сагайдачного;
3 НЛТУ Украни, м. Львiв
