CC BY
12
УДК 674.8:662.765.1 Асист. С.С. Лис; доц. Я.М. Гнатишин,
канд. техн. наук - НЛТУ Украти, м. Львiв
ТЕРМ1ЧНЕ ПЕРЕРОБЛЕННЯ ЗАБРУДНЕНО1 ВЖИВАНО1 ДЕРЕВИНИ МЕТОДОМ СУЦ1ЛЬНОГО ШАРУ В ГАЗОПОД1БНЕ ПАЛИВО
Розглянуто технологи перероблення забруднено! вживано'1 деревини (ДСП) в газоподiбне паливо (синтез-газ). Наведено результати дослщження впливу вхiдних факторiв, яю впливають на процес газифшацп, на нижчу теплоту згорання синтез-газу. Визначено оптимальш параметри роботи газогенераторно! установки (розмiри деревини, кшьюсть повiтря, яку подають в камеру газиф1кацп та кiлькiсть ДСП в сумь шi деревини з ДСП), яю дають змогу в процес газифшацп отримувати висококало-рiйний синтез-газ. Експериментально встановлено, що деревнi вщходи в категорп забруднених небезпечними речовинами доцшьно переробляти в газоподiбне паливо. Зi збiльшенням кiлькостi ДСП в сумiшi пiд час газифшаци сумiшi деревини з ДСП теплота згорання синтез-газу зростае.
Ключов1 слова: газифшащя деревини, синтез-газ, теплота згорання синтез-газу, забруднена вживана деревина, кшьюсть ДСП.
Актуальшсть питання. Потенцшним ресурсом та невикористаною базою деревноi сировини, запаси яко! збшьшуються в м1ру розвитку промис-ловост та господарства загалом, е запаси вживано! деревини. Мова йде про деревину, а також дерев'яш вироби, як були частинами шших вироб1в, як за-кшчили свш цикл споживання або термш експлуатацп. До таких в1дход1в вщ-носять, наприклад, роз1бран1 або вщремонтоваш дерев'яш буд1вельн1 конструкцп, тара (шддони, ящики), зал1зничн1 дерев'яш шпали, стовпи телег-раф1чн1, вживаш меблев1 вироби та ш. У вживанш деревиш можуть мютити-ся антишрени, антисептики, фарба, лаки, клей, штучш пл1вки, метал, скло та будь-як шш1 компоненти. Основним критер1ем придатност вживано! деревини, який визначае напрямок 11 подальшого використання, е вмют у нш шюдливих речовин, внесених 1з сумшами захисту деревини, а також з опоря-джувальними суммами. Так, в1дходи виробництва мебл1в i деревних компо-зитних матер1ал1в, кр1м лшноцелюлозного матер1алу, мютять клей, лак, пл1в-ки тощо кшьюстю 5-20 %. Таким чином, використання вживано! деревини потребуе насамперед 11 сортування, що пов'язано з додатковими матер1альни-ми витратами. Саме тому в умовах укра'нсько! економжи ця група потен-цшних деревних ресурЫв залишаеться невикористаною. Обсяги вживано! деревини е досить значними як в Укра'ш, так i в кра'нах Захiдноi Свропи. В Ук-ра'ш щороку утворюеться близько 3 млн т. В Австрп 11 обсяги щорiчно можуть становити близько 1,0 млн т. Цей показник для Шмеччини вже був ре-альшстю ще 20 роюв тому, а дан! останшх роюв стверджують про обсяги вщ 8,0 млн т [8, 9].
Оскшьки стушнь забруднення вживаноi деревини виршуе можливють 11 утилiзацii, тшьки вщходи першоi групи можна необмежено застосувати як сировинну для виготовлення шших виро6!в. Вщходи друго! та третьоi групи призначеш для термiчного перероблення за умови дотримання вщповщних параметрiв (за потужност понад 100 кВт i за дотримання вимог щодо обме-
ження емюп шкiдливих речовин), оскiльки пiд дiею високих температур ор-ганiчнi забрудники, яю мiстяться у вiдходах деревини, повшстю руйнуються через високi температури. Важю метали зв'язуються у твердi залишки або затримуються пiд час очищення продуктiв спалювання синтез-газу.
Обрiзки ДСП, ДВП i фанери спалюють найчастiше в непридатних для ще! мети будинкових печах. У таких умовах може наступати емiсiя токсич-них речовин, таких як окис азоту, дюксину. 1х спалювання, з погляду небез-пеки забруднення атмосфери токсичними газами (яю утворюються в процес спалювання), потребуе встановлення високопродуктивних топок, яю працю-ють за температури близько 1200 °С.
На сьогодш вiдомо чимало способiв перероблення деревини та вщхо-дiв з не! в енерпю, але одним з найперспектившших е газифiкацiя, тому що синтез-газ, який утворюеться в процес газифжаци деревини, можна викорис-товувати як паливо для комунальних котелень, або зрiджувати, перетворю-ючи його в рiдке паливо, або тсля охолодження i очищення як паливо для двигуна внутршнього згорання з отриманням мехашчно! або електрично! енергп у разi використання когенерацшно! установки [2].
Аналiз експериментальних дослщжень. Для проведення експери-ментальних дослiджень та розроблення технологiчного процесу вироблення синтез-газу розроблено газогенератор з суцшьним шаром (рис. 1), на який от-римано патент [1], який ютотно вирiзняеться вiд вщомих конструкцiй газоге-нераторiв. Експериментальна установка мае теплообмшник, який дае змогу на^вати повiтря, яке подаеться в камеру газифшаци i одночасно охолоджу-вати синтез-газ; шлюзовий затвор та радарний мжрохвильовий рiвнемiр, якi дають змогу фжсувати висоту шару палива в камерi газифжаци; нагнiтач та витратомiр повiтря, якi дають змогу контролювати кiлькiсть повiтря, яке подаеться в камеру газифжаци.
Як паливо можна використовувати подрiбнену деревину, тирсу, заб-руднену вживану деревину, газифжащя яко! вiдбуваеться в камер^ яка вико-нана у виглядi симетрично розмiщених зрiзаних конусiв, яю розмiщенi вертикально i концентрично в корпусi бiльшими основами один до одного. У ниж-нш частинi внутрiшнього конуса е колосникова реш^ка, через яку надходить окислювач - повггря. Через верхню частину конуса газогенератора поступае паливо. Таким чином, процес газифжацй проходить бшьш штенсивно за раху-нок повторного проходження синтез-газу через шар палива. Пройшовши через шар палива, синтез-газ спрямовуеться в мiжконусний прос^р i виходить через патрубок у верхнш частинi газогенератора i подаеться споживачевь
Для проведення експериментальних дослщжень використовували су-мiш деревини = 31 %) з ДСП (Марка: П-А, 1, М, Ш, Е1, 3500x1750x16, ГОСТ 10632-89). Завдання полягало у знаходженш залежностi значення теп-лоти згорання синтез-газу вщ розмiрiв подрiбненоl деревини, яку подають в газогенератор, юлькост повiтря та юлькост ДСП в сумiшi деревини з ДСП тд час газифшацй.
Паливо
Рис. 1. Конструктивна схема лабораторно'1 газогенераторное установки:
1, 2 - корпус; 3 - болтове з'еднання; 4 - камера газифжацп; 5 - нижнш зр1заний конус; 6 - колосниковарештка; 7 - верхнш зр1заний конус; 8 - люк; 9 -труба для в1дведення синтез-газу; 10 - в1дсттник сконденсованих речовин; 11 -кожух для охолодження синтез-газу; 12 - нагнтач повтря; 13 - м1жконусний простер; 14 - золоуловлювальний пристрш; 15 - люк для видалення золи та запалювання палива; 16 - шлюзовий затвор; 17 - термопара; 18 -радарний м1крохвильовий ргвнемгр; 19 - термопара; 20 - витратом1р повтря; 21 - патрубок для в1дведення
синтез-газу споживачев1
Табл. Рiвнi та штервали змшювання факторiв.
Назва фактора Позначення фактора Р1вт зм1нювання фактора 1нтервал змшювання фактора
нату-ральне нормаль зоване нижнш (-1) основ-ний (0) верхнш (+1)
Розм1ри деревини, мм 1 Х1 10 30 50 20
Кшьшсть повггря, нм3/год. О Х2 40 65 90 25
Кшьккть ДСП в сум1ш1, % деревини з ДСП, % g Х3 30 60 90 30
Встановлено, що кшьюсть ДСП g=30 % в сумiшi деревини з ДСП дае змогу збшьшити теплоту згорання синтез-газу на 0,3МДж/м порiвняно з га-зифшащею чисто! деревини. Зi збшьшенням кшькост ДСП до g=90 % в сумь шi калоршшсть газу зростае на 1,4 МДж/м (рис. 2).
Рис. 2.
га н
о ц
с
и н га !Г
К
40 50 60 70 80
К1лькють ДСП в еум1ин деревини з ДСП, %
40нмЗ/год.; розм{ри деревини 10 мм 40нмЗ/год.; розшри деревини 50 мм 65нмЗ/год.; розшри деревини 30 мм 90нмЗ/год.; розшри деревини 10 мм 90нмЗ/год; розшри деревини 50 мм
Вплив ктъкость ДСП в сумш1 деревини з ДСП на нижчу теплоту
згорання синтез-газу
С1
га
8 н я
Я
о
Я га
а
о
а
12,00--
11,50-
11,00-
10,50-
10,00-
9,50-
9,00-
8,50
8,00
7,50
7,00 -|<
КшЬК1СТЬ ПОВ1ТрЯ,
Юлыасть ДСП 60 ™ нм?/год.
в сумнш деревини з ДСП, %
Рис. 3. Пстограма залежност1 нижчо'1 теплоти згорання синтез-газу вьд ктъкость повШря та ктъкость ДСП в сумш1 деревини з ДСП тд час газифжаци сумш1 деревини з ДСП з розмьром частинок 30 мм
Реаизувавши трир!в^вий В3-план, отримано математичний опис об'екта у вигляд! полшому другого порядку, який мае вигляд:
2 = 10,85 + 0,89• Ь30 + 0,17• + 0.67 • -1.53 •
-0.57'
О - 65 25
20
Л2
25
+ 0,12
/
g - 60 30
+ 0.01
30
I - 30 О - 65
I - 30 20
\2
20
25
■ +
(1)
+0.03. . £-60+0.07. G-65..
20 30 25 30
Виконавши рацiоналiзацiю процесу газифшаци забруднено! вживано! деревини, отримаемо значення вхiдних параметрiв (розмiри фракцiй сумiшi деревини з ДСП l = 36 мм, кшьюсть повiтря G = 70,3 нм /год, кшьюсть ДСП в cyMrni деревини з ДСП g = 90 %), за яких теплота згорання досягае максимуму Q = 11,799 МДж/м3.
Основш висновки i результати. Внаслщок проведених теоретичних та експериментальних дослщжень отримано такi висновки:
1. Деревт вiдходи у категорiй забруднених небезпечними речовинами до-цiльно переробляти в газоподiбне паливо, оcкiльки пiд дiею високих температур, органiчнi забрудники, як мicтятьcя у вщходах деревини повтс-тю руйнуються через висок температури. Важк метали зв'язуються у твердi залишки або затримуються тд час очищення продукив спалюван-ня синтез-газу.
2. Використання газогенераторiв розроблено! конструкцп дае змогу тдви-щити ефективнicть процесу термiчного перероблення деревно! сировини в газоподiбне паливо шляхом збiльшення швидкост та iнтенcивноcтi процесу газифшаци за рахунок повторного проходження синтез-газу через шар розжареного палива в зот вiдновлення.
3. Отримано рiвняння регреcii, яке може бути основою для оптимiзацii дос-лiджyваного процесу або рацюнального керування ним. За допомогою рiвняння залежноcтi вхiдних факторiв вiд вихiдного параметра, можна прогнозувати вс можливi значення параметра оцшки доcлiджyваного процесу за будь-яких значень факторiв, що знаходяться мiж верхтм i нижнiм рiвнями.
4. Дослщи показали, що зi збiльшенням ктькосп ДСП пiд час газифшаци cyмiшi деревини з ДСП, теплота згорання синтез-газу зростае. Так, за кшькосп ДСП g = 30 % в cyмiшi деревини з ДСП i оптимальних значениях кшькоси повiтря G = 70 нм3/год та розмiрiв подрiбненоi деревини l = 36 мм теплота згорання синтез-газу Q = 10,4 МДж/м3, за g = 60 % - Q = 11 МДж/м3, а за g = 90 % - Q = 11,8 МДж/м3.
Як бачимо, забруднеш вщходи деревини доцiльно газифiкyвати без змiшyвання з незабрудненою деревиною, що дасть змогу отримати синтез-газ з теплотою згорання на 1,5-2,0 МДж/м бшьшою, шж за газифiкацii незабруд-нених вiдходiв деревини.
Лiтература
1. Патент УкраТни № 38952, МКП C10J 3/00. Газогенератор. / Лис С.С., Бадера Й.С., Гнатишин Я.М.; Власник: НЛТУ Укра1ни; Заявл. 08.09.2008.; Опубл. 26.01.2009, Бюл. № 2.
2. Лис С.С. Огляд технологи газифшаци деревини / С.С. Лис // Науковий вюник НЛТУ Укра1ни : зб. наук.-техн. праць. - Льв1в : РВВ НЛТУ Укра1ни. - 2009. - Вип. 19.12. - С. 101-105.
3. Лис С.С. Анал1з експериментальних дослщжень газогенератора з суцшьним шаром. / С.С. Лис // Науковий вюник НЛТУ Укра1ни : зб. наук.-техн. праць. - Льв1в : РВВ НЛТУ Укра-!ни. - 2010. - Вип. 20.7. - С. 64-68.
4. Лис С.С. Математичне моделювання процесу вироблення синтез-газу для р1зних по-р1д деревини в газогенератор1 з суцшьним шаром / С.С. Лис // Науковий вюник НЛТУ Укра-!ни : зб. наук.-техн. праць. - Льв1в : РВВ НЛТУ Укра1ни. - 2010. - Вип. 20.11. - С. 71-76.
5. Визначення юнетичних параметр1в процесу газифшацп низькосортних палив / Я.М. Гнатишин, А.К. 1льницький, В.Ф. Близнюк, С.С. Лис // Теплоенергетика : зб. наук. статей. - Льв1в : Вид. центр НУ "Льв1вська полггехшка". - 2008. - С. 232-234.
6. Газифжащя твердих промислових i побутових в1дход1в для комупальпих теплових i електричних станцш / Я.М. Гнатишин, С.С. Лис, Й.С. Бадера, О.В. Муха // Вщходи i технологи !х перероблення. Еколопчний менеджмент. Мошторинг довкiлля. Водне середовище : матер. доп. учасниюв М1жнар. конф. - Льв1в : Вист-ий центр ''Lemberg''. - 2008. - С. 19-22.
7. Hnatyshyn Y. An analysis of experimental researches of gasogene with a continuous layer / Y. Hnatyshyn, B. Dzyadevych, S. Lys // Przyrodnicze wykorzystanie ubocznych produktow spalania wegla, biomasy oraz wpolspalnia wegla z biomasa. - Szczecin. - 2010. - P. 23-30.
8. Гайда С.В. Хiмiчний склад та ступшь забруднення - основа систематизацп вживано! деревини / С.В. Гайда // Науковий вюник НЛТУ Укра!ни : зб. наук.-техн. праць. - Львiв : РВВ НЛТУ Укра!ни. - 2008. - Вип. 34. - С. 68-79.
9. Гайда С.В. Ефективне використання вживано! деревини як основа для зменшення ви-кидiв СО2 / С.В. Гайда // Науковий вюник НЛТУ Укра!ни : зб. наук.-техн. праць. - Львiв : РВВ НЛТУ Укра!ни. - 2009. - Вип. 19.14. - С. 72-88.
Лыс С. С., Гнатышин Я.М. Термическая переработка загрязненной использованной древесины методом сплошного слоя в газообразное топливо
Рассмотрены технологии переработки загрязненной использованной древесины (ДСП) в газообразное топливо (синтез-газ). Приведены результаты исследования влияния входных факторов, влияющих на процесс газификации, на низшую теплоту сгорания синтез-газа. Определены оптимальные параметры работы газогенераторной установки (размеры древесины, количество воздуха, которое подается в камеру газификации и количество ДСП в смеси древесины из ДСП), которые позволяют в процессе газификации получать высококалорийный синтез-газ. Экспериментально установлено, что древесные отходы в категории загрязненных опасными веществами целесообразно перерабатывать в газообразное топливо. С увеличением количества ДСП в смеси при газификации смеси древесины с ДСП теплота сгорания синтез-газа растет.
Ключевые слова: газификация древесины, синтез-газ, теплота сгорания синтез-газа, загрязненная использованная древесина, количество ДСП.
Lys S.S., Hnatyshyn Ya.M. Thermal recycling of contaminated postconsumer wood by method of a continuous layer in the gaseous fuel
The work is devoted to research technologies recycling of contaminated post-consumer wood (chipboard) in the gaseous fuel (synthesis gas). In the article presents results of research of the effect of input factors, influencing in the process of gasification, on the lower warmth of combustion synthesis gas. The optimum parameters work of gazogene (sizes of wood, amount of air that is fed into the gasification chamber and amount of chipboard in a mixture wood with chipboard), which provide high-calorie synthesis gas. Established experimentally that waste of wood in the category of contaminated by hazardous substances is expedient recycling in gaseous fuel. With the increase amount of chipboard in a mixture wood with chipboard increases warmth of combustion synthesis gas.
Keywords: gasification of wood, synthesis gas, warmth of combustion synthesis gas, contaminated post-consumer wood, gazogene, amount of chipboard.
УДК 666.94:543.57 Астр. Л.Я. Паращук;
доц. В.В. Кочубей, канд. хм. наук - НУ "Льв1вська полтехшка"
ДОСЛ1ДЖЕННЯ Г1ДРАТАЦ11 РОЗШИРНИХ ЦЕМЕНТ1В З ДОДАТКАМИ ГРАНУЛЬОВАНОГО МОДИФ1КОВАНОГО ВАПНА
Показано можливють використання гранульованого негашеного вапна як роз-ширеного додатку для вироблення цемешив з високою енерпею самонапруження та дослщжено його вплив на процеси гщратацп цеменпв.
Ключов1 слова: гранулювання, зусилля розширення, фазовий склад, термогра-вiметричний аналiз, мшроструктура.
