CC BY
9
ISSN 1994-7836 (print) ISSN 2519-2477 (online)
УДК 674.8:662.765.1 Article info
Received 07.03.2017 р.
С. С. Лис
НУ "Львiвська полтехнжа", м. Львiв, Украша
ТЕРМ1ЧНЕ ПЕРЕРОБЛЕННЯ НИЗЬКОСОРТНИХ ПАЛИВ У ГАЗОПОД1БНЕ ПАЛИВО ДЛЯ ВИКОРИСТАННЯ В ТЕПЛОЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВКАХ
Одним з найпотужшших альтернативних ввдновлюваних джерел енергй е бюмаса, зокрема деревне паливо. 1стотною перевагою деревного палива е еколопчна чистота: деревина не мiстить арки, хлору та шших шкiдливих для атмосфери елеменпв. Пiд час згорання деревина виIцiляе таку саму кшькють СО2, яку спожила у процес зростання, а отже, вона е СО2 нейтральним паливом. Наведено результати досл^ дження впливу вхiдних факторiв на нижчу теплоту згорання синтез-газу в процеа газифкацп деревини. Визначено оптимальш параметри газогенераторноТ установки, яю дають змогу в процесi газифкацп от-римувати висококалорiйний синтез-газ, це розмiри деревини, кiлькiсть повiтря, яка подаеться в камеру газифкацп, кшькють палива, ввд загального об'ему камери газифiкацiТ.
Клю^ое^ слова: газифiкацiя деревини; газогенератор iз суцiльним шаром; синтез-газ.
Вступ. На сьогодш вiдомо чимало cnoco6iB пере-роблення деревини та вщходгв з не!' в енергда, але одним з найперспектившших е газифiкацiя, тому що синтез-газ, який утворюеться у процеа газифкацп деревини, можна використовувати як паливо котлгв комуналь-них котелень або зрiджувати, перетворюючи його в рщ-ке паливо, тсля охолодження i очищения як паливо для газотурбшних установок та двигуна внутршнього згорання з отриманням механiчноï або електрично'' енергй' при використанш когенерацiйноï установки (Lys, 2009). Сьогодш у свт наявна тенденщя до децентралiзацiï енергетики, тобто використання когенерацiйних установок для вироблення тепла та електроенергiï (Geletuha & Zheleznaja, 1998). Тому газифiкацiя деревини з метою вироблення синтез-газу е перспективною.
Останш дослiдження i публжацп. Як вiдомо, дос-ввд використання газогенератор1в нараховуе близько 150 роюв, та незважаючи на це, кнуе багато як техшч-них, так i технологiчних проблем (стабшьшсть та ефек-тивнiсть роботи газогенераторiв, специфiчнi особливос-тi рiзних видгв палива тощо) (Mysak, Hnatyshyn & Iva-syk, 2002; Grachev, 2006; Zheleznaja & Geletuha, 2006). Тому основним завданням експериментального досль дження е визначення закономiрностей впливу вхвдних фактор1в роботи газогенератора на яюсть синтез-газу та визначення рацiональних параметрiв його роботи.
Мета дослiдження. Завдання полягало у знаходжен-нi залежносп нижчо'' теплоти згорання синтез-газу вщ розмiрiв частинок деревини, яка подаеться в газогенератор; кшькосп повггря та кiлькостi палива вiд загального об'ему реактора тд час газифкацп дослвджуваних порiд деревини; розмiрiв частинок сумiшi деревини, кiлькостi повгтря.
Результати дослщження. Для проведення експериментального дослщження та розроблення технолопчно-го процесу термiчного перероблення деревно'' маси в газоподiбне паливо (синтез-газ) розроблено газогенератор iз суцшьним шаром (Mysak, Hnatyshyn & Ivasyk, 2002), на який отримано патент (Lys, Badera & Hnaty-shyn, 2009), i який ктотно вiдрiзияеться вiд вiдомих конструкцiй газогенераторов.
Для проведення експериментального дослiджения використовували такi матерiали: верба (Salix alba L.);
сосна (Pinus sylvestris); береза (Betulapendula Roth.).
Змшш вхщш X; фактори експериментального досль дження процесу газифкацп деревини:
• розмiри частинок деревини l: 10, 20, 30, 40, 50 мм;
• кшьюсть повггря, яка подаеться в газогенератор G: 40, 65, 90 нм3/год.;
• кшьюсть деревини в газогенераторi вщ загального об'ему q: 50, 75, 100 %;
Вихiдний параметр y: нижча теплота згорання синтез-газу Q, МДж/м3.
З метою встановлення характеру впливу змшних факторiв на нижчу теплоту згорання синтез-газу засто-совано триргвневий В-план (В3). Встановлено, що найбшьше значения нижча теплота згорання синтез-газу досягае пiд час газифкацп деревини з розмiром частинок 30 мм (рис. 1), кшькосп повггря 65 нм3/год, яке подаеться в камеру газифкацп, та кшькосп палива 75 % вщ загального об'ему реактора деревини (рис. 2, а).
Рис. 1. Залежнють теплоти згорання синтез-газу ввд po3MipiB частинок подмбнено1' сосново'1 деревини
Збiльшения кшькосп повiтря, яке подавалося в камеру газифкацп до 90 нм3/год, дае максимальну темпе-ратури на колоснику /=1235 °С, за юлькосп палива
Цитування за ДСТУ: Лис С. С. Тер|^чне перероблення низькосортних палив у газопод1бне паливо для використання в
теплоенергетичних установках / С. С. Лис // Науковий вкник НЛТУ Украши. - 2017. - Вип. 27(3). - С. 145-147 Citation APA: Lys, S. S. (2017). Thermal Recycling of Low Grade Fuel to Gaseous Fuel for Use in Heat Power Installations. Scientific Bulletin of UNFU, 27(3), 145-147. Retrieved from: http://nv.nltu.edu.ua/index.php/journal/article/view/256
75 %, вщ загального об'ему реактора (див. рис. 2, б). При цьому нижча теплота згорання синтез-газу падае за рахунок того, що частина палива згорае, а синтез-газ на виходi з газогенератора мае бшьшу температуру. Тому регулювання подачi кшькосп повiтря дуже важливий фактор, адже процес газифшапл палива протiкае за умови, коли коефщент надлишку повиря а< 1, а процес горшня - а>1.
(1)
(2)
( = -1.279 + 0.2712 ■ / + 0.1116 ■ О + 0.05796 ■ д --0.00375 ■ /2 - 0.0008 ■ О2 -0.000368 ■ д2 - (3)
-0.00008 ■ / ■ О + 0.00002 ■ / ■ д + 0.000016 ■ О ■ д.
Виконавши рацiоналiзацiю процесу перероблення деревини в газоподiбне паливо для дослiджуваних по-рiд деревини, отримали значення вхiдних параметрiв, за яких нижча теплота згорання (2) досягае максимуму:
• сосна: 1=36 мм, О=68,4 нм3/год, д= 80 %, < = 9,9 МДж/м3;
• береза: 1=36 мм, О=68,5 нм3/год, д= 80 %, < = 10 Мдж/м3;
• верба: /=36 мм, О=68,6 нм3/год, д= 81 %, < = 9,7 мДж/м3.
Потрiбно зазначити, що процес газифжацп деревини протiкае практично однаково для до^джуваних порiд деревини. Вплив породи деревини на теплоту згорання синтез-газу тд час газифжапл е незначним i змь нюеться в межах 0,6 МДж/м3 (рис. 3). Отже, немае до-цiльностi газифiкувати деревину певно'1 породи окремо.
10,5 т
О) К-К!С1ЬШли^%100 ^
Рис. 2. ricTorpaMa залежност теплоти згорання синтез-газу (а) та температури на колоснику (б) вщ кiлькocтi пoвiтpя та кiлькocтi палива тд час газифжаци сосново'! деревини з poзмipoм частинок 30 мм
Аналопчш результати отримано для деревини породи верба i береза. Графжи залежностей мають такий са-мий вигляд, як i для деревини породи сосни, за незнач-нот змiни теплоти згорання синтез-газу.
Внаслщок реалiзацiТ В-плану отримано математич-ний опис об'екта у виглядi полiнома другого порядку для дослщжуваних порiд деревини, а саме:
• сосна (Pinus sylvestris):
йсосш = -1,5562 + 0,2726 ■ l + 0.11256 ■ G + 0.06772 ■ q --0.00375 ■ l2 - 0.000832 ■ G2 - 0.000432 ■ q2 --0.00004 ■ l ■ G - 0.00002 ■ l ■ q + 0.000032 ■ G ■ q;
• береза (Betula pendula Roth.):
Qöepesa = -1. 1256 + 0.2721 ■ l + 0.10928 ■ G + 0.06428 ■ q -
-0.00375 ■ l2 - 0.000816 ■ G2 - 0.000416 ■ q2 -0.00004 ■ l ■ G - 0.00002 ■ l ■ q + 0.000048 ■ G ■ q;
• верба (Salix alba L.):
25 30 35 40 45 50 55 Розмир частинок деревини /, мм Рис. 3. Залежшсть теплоти згорання синтез-газу, визначено'1 за рiвнянням регреси, в!д розмiрiв частинок деревини iз заданими значеннями кiлькостi повiтря (О = 69 нм3/год) та кiлькостi деревини в реакторi газогенератора (q = 80 %) для дослi>джуваних порiд деревини
Висновки. Внаслiдок проведених теоретичних та експериментального дослiдження отримано такi висновки:
Визначено вплив розмiрiв частинок подрiбненоi деревини (/), кшькосп повiтря (О) та кiлькостi палива (д), що подаеться в камеру газифжацп, на теплоту згорання синтез-газу (<), для до^джуваних порiд деревини. Внаслщок реалiзацii В3-плану отримано математичний опис об'екта у виглядi полнома другого порядку для кожно! з порщ деревини. Виконавши ращоналЬащю от-риманих результатiв для дослiджуваних порщ деревини, отримано значення вхвдних параметрiв, за яких теплота згорання досягае максимуму 2сосна = 9,9 МДж/м3, 2береза= 10 МДж/м3, 2верба = 9,7 МДж/м3. Середне значення рацiональних вхiдних параметрiв: / = 36 мм, О = 69 нм3/год, д = 80 %.
Експериментально доведено, що процес газифшацц деревини протiкае практично однаково для дослщжува-них порiд деревини. Вплив породи деревини на нижчу теплоту згорання синтез-газу незначний. Отже, немае дощльносп газифiкувати деревину певно! породи окремо вщ iнших порщ.
Перелж вик0ристаних дЖереЛ Lys, S. S., Badera, Yo. S., & Hnatyshyn, Ya. M. (2009). Patent Ukra-
iny №38952, MKP C10J 3/00. Hazohenerator. Vlasnyk: NLTU
Geletuha, G. & Zheleznaja, T. A. (1998). Obzor tehnologij generi- Ukrainy; Zaiavl. 08.09.2008.; Opubl. 26.01.2009, Biul. № 2. [in
rovanija jelektrojenergii, poluchennoj iz biomassy pri ee gazifikacii. Ukrainian]
Jekotehnologii i resursosberezhenie, 3, 3-П. [in Russian]. Mysak, Yo. S., Hnatyshyn, Ya. M., & Ivasyk, Ya. F. (2002). Palyvni
Grachev, A. N. (2006). Drova - piroliz - gaz. Oborud°vanie i mtim- prystroi dlia spaliuvannia nyzkosortnykh palyv. Lviv: Vyd-vo NU
ment dljaprofessionalov. Derevoobrabotka, 6, 80-81. [in Russian]. "Lvivska politekhnika" 136 p [in Ukrainian]
LУs, S. S. (2009). Ohliad tekhnolohii hazyfikatsii derevyny. Naukovyi Zheleznaja, T. A., & Gele'tuha, G. G. (2006). Obzor sovremennyh teh-visnyk NLTU Uh-diny: zb. nauk-tekhn. prats, 19(П), Ш-1°5. nologij gazifikacii biomassy. Promyshlennaja teplotehnika, 2, 61-Lviv: RVV NLTU Ukrainy. [in Ukrainian]. 74. [in Russian].
С. С. Лыс
ТЕРМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА НИЗКОСОРТНЫХ ТОПЛИВ В ГАЗООБРАЗНОЕ ТОПЛИВО
ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ
Одним из самых мощных альтернативных возобновляемых источников энергии является биомасса, в частности древесное топливо. Существенным преимуществом древесного топлива является экологическая чистота: древесина не содержит серы, хлора и других вредных для атмосферы элементов. Во время сгорания древесина выделяет такое же количество СО2, которое употребила в процессе роста, а следовательно, она является СО2 нейтральным топливом. Приведены результаты исследования влияния входных факторов на низшую теплоту сгорания синтез-газа в процессе газификации древесины. Определены рациональные параметры газогенераторной установки, которые позволяют в процессе газификации получать высококалорийный синтез-газ, это размеры древесины, количество воздуха, которое подается в камеру газификации, количество топлива, от общего объема камеры газификации.
Ключевые слова: газификация древесины; газогенератор со сплошным слоем; синтез-газ.
S. S. Lys
THERMAL RECYCLING OF LOW GRADE FUEL TO GASEOUS FUEL FOR USE IN HEAT
POWER INSTALLATIONS
There are many ways of recycling wood and its waste into energy. But gasification is the most perspective as synthesis gas can be used as fuel for boilers; for liquefaction; as fuel (after cooling and cleaning) for an internal combustion engine to obtain mechanical or electric energy. Therefore, the technology of thermal recycling of wood fuel is gaseous urgent problem and its solution will create clean energy, which is an alternative to natural gas and coal gasification. For the experimental research and development process of gasification of wood in gaseous fuel gasifier is designed with a continuous layer. For the experimental research, the authors used the following materials: willow (Salix alba L.); pine (Pinus sylvestris); birch (Betulapendula Roth.). The objective is to find the dependence net calorific value of synthesis gas from the amount of air, humidity and particle size of chopped wood, which is fed into the gasifier. Thus the authors have made the following conclusions. The influence of particle size of chopped wood (l), the amount of air (G) and the amount of fuel (q), supplied to the gasification chamber, the heat of combustion of syngas (Q), for the investigated wood. As a result of B3-plan the mathematical description of the object in a second order polynomial for each of the wood is provided. After completing the rationalization of the results for the studied wood, received important input parameters for the calorific value of which reaches a maximum Qpine = 9.9 MJ/m3, Qbirch = 10 MJ/m3, Qwilow = 9.7 MJ/m3. Average rational input parameters: l = 36 mm, G = 69 Nm3/h, q = 80 %. We have experimentally proved that the wood gasification process takes almost the same for the studied wood. Influence of wood on NCV synthesis gas is negligible. Consequently, there gasify wood feasibility of a species apart from other species.
Keywords: wood gasification; gasifier with a continuous layer; synthesis gas.
1нформащя про автора:
Лис Степан Степанович, канд. техн. наук, ст. викладач, Нацюнальний ушверситет '^bBiBCbKa полтехшка", м. Львiв, Украша.
Email: [email protected]
