CC BY
18
УДК 674.81 Ст. викл. Р.Й. Салдан1, канд. техн. наук;
доц. О. О. Шепелюк1, канд. техн. наук; доц. М.М. Копанський1, канд. техн. наук; О.С. Ковальчук2
ВПЛИВ РЕЖИМНИХ ПАРАМЕТР1В НА ВМ1СТ ДР1БНО1 ФРАКЦ11 П1Д ЧАС ВИГОТОВЛЕННЯ ПАЛИВНИХ ГРАНУЛ
Дослiджено вплив витрати води, температури, штенсивност пароутворення на вмют др!6но! фракци шд час виготовлення паливних гранул. Встановлено, що нер1вно-мiрна подача води для кондищонування сировини, вiдсутнiсть пари призводить до збшьшення вмiсту др1бно! фракци в гранулах. Показано, що шд час використання сировини шпилькових (сосна, смерека) та твердолистяних (дуб) порiд витрата води повинна бути рiзною за об'емом, величина др1бно! фракци зменшуеться за вищих температур гранулювання, а температура пресування гранул залежить вщ поданого об'ему води до змшувача для кондищонування сировини та штенсивносп пароутворення.
Ключовi слова: паливш гранули, вмiст др1бно! фракци, витрата води, температура, пара.
Постановка науковоУ проблеми. Зпдно з тмецьким сертифжатом "DIN +", вмют др1бно! фракцп в мшках з гранулами вагою 25 кг повинен бути не бшьший за 1,0 % [1]. Шд час виготовлення паливних гранул у виробничих умо-вах цей показник виходить за встановлет норми. Значний вмют пилу i др1бних частинок у гранулах - ознака погано! якосп, мало! мехатчно! мщносп i швид-кого стирання. Цей показник важливий тд час транспортування, зберiгання i подачi гранул в котел для спалювання, оскшьки може бути причиною втрат тд час завантажувально-розвантажувальних робiт, зменшення !х маси. Крiм того, пiд час спалювання в малих котлах дрiбна фракцiя засмiчуе подавальнi шнеки, перешкоджае подачi кисню i таким чином може призвести до зниження ККД котла тд час спалювання i навиь пошкодження дорогоцiнного обладнання.
Стан питання. Для виготовлення паливних гранул необхщно забезпечи-ти такi режимт параметри: тиск, температура, витрати води та пари. До дерев-них вiдходiв м'яких i хвойних порщ деревини достатньо додавати тiльки воду [2], а тд час використання вiдходiв з твердолистяних порiд необхщно викорис-товувати пару, тому що це призводить до кращо! пластифжацп деревини i по-легшення роботи гранулятора. Оптимальна вологiсть пiд час пресування гранул iз деревних вiдходiв становить 6-12 %. За вологосп 15 % процес пресування вщбуваеться незадовiльно, особливо в пресах з круглою матрицею, внаслщок чого зменшуеться щшьнють гранул i випаровування вологи з гранул зумовлюе виникнення трщини, а це знижуе !х мщнють [2]. За нестачi вологостi деревних частинок гранулювання вщбуваеться теж незадовшьно через не достатню плас-тифжащю сировини, що не забезпечуе достаттх взаемозв'язкiв мiж частинками деревини. Тому для виготовлення якюного продукту, перед процесом гранулювання вологють сировини тдвищують на 2-3 %. Шляхом зволоження, ^м цього, на процес гранулювання впливае температура пресування [3]. Чим бшь-ша температура пресування, тим менший необхщний тиск для отримання мщ-
1 НЛТУ Украши, м. Льв1в
2 нач. вщщллу контролю якост ТзОВ "Барлшек 1нвест"
240
Збiрник науково-технiчних праць
Науковий вкник НЛТУ Украши. - 2014. - Вип. 24.4
но1 та гладко!' гранули. Найбiльша мiцнiсть гранул отримуеться за температури бiльше 150-160 °С.
Методи досл1дження. Дослiдження проведено у виробничих умовах на деревообробному тдприемст ТзОВ мБарлiнек 1нвест" у м. Вшниця. Для досль джень використано хвойну (сосна, смерека) та твердолистяну (дуб) сировину у стввщношенш 70:30 та 30:70 %, що пов'язано з технологiчним процесом виго-товлення паркетно! дошки. Як модифжувальну добавку застосовано житне бо-рошно. Пресування гранул вiдбувалося на грануляторi марки СРМ 7930-4 з круглою матрицею, продуктивнють на момент дослщження становила 87 % (3,5 т/год). Витрату води на мшалку здшснено в дiапазонi 50-200 л/год, пари 02 %, з подальшим фiксуванням температури, пiсля чого ввдбувалося визначення вмiсту дрiбноi фракцii та ступеня стирання матрищ. Вмiст дрiбноi фракцii виз-начено за виробничою методикою таким чином: спочатку зважували мшок з гранулами, потiм просевали !'х через сито з отворами розмiром 3 мм, отриману дрiбну фракцiю зважували i визначали и вмiст у гранулах за ствввдношенням ваги дрiбноi фракцii до загально!' ваги гранул у мiшку. Стутнь стирання визна-чено за допомогою приладу - лiгнотестера.
Результати досл1джень. Дослiдження температури, витрати води, пов'язаш з тим, що витрата води е нестабшьною i цьому випадку е головним чинником, ввд якого залежить вологють сировини та яюсть отриманого продукту. Необхiдна температура е обов'язковою умовою пiд час виготовлення палив-них гранул i впливае на !'хню якiсть. Вмiст дрiбноi фракцii залежить вiд рiвно-мiрноi подачi води на змшувач i вiд об'ему поданоi води для кондищонування сировини. Найменший вмют дрiбноi фракцii отримуеться пiд час виготовлення паливних гранул з використанням хвойних (сосна, смерека) та твердолистяних (дуб) порщ деревини, за рiзних витрат води. Оскiльки деревина сосни, смереки мае щшьшсть 450-520 кг/м3, а дуба - 690 кг/м3, то для того, щоб досягти воло-гостi сировини, яка задовольняе умови для яюсного гранулювання, необхiдно здiйснювати витрату води в рiзних об'емах залежно вiд породи сировини.
На рис. 1 ввдображено залежнють вмiсту дрiбноi фракцii ввд витрати води за стввщношенням сировини сосна, смерека: дуб = 70:30.
Рис. 1. Залежмсть вмкту дрiбноi фракци вiд витрати води (спiввiдношення сировини сосна, смерека: дуб 70=30)
Це ствввдношення порщ сировини спричинено тим, що вся сировина подаеться з цеху з виготовлення паркетноi дошки i залежно ввд технологи пере-
роблення в цеху стввщношення хвойна - твердолистяна сировина становить 70:30 або 30:70.
Як видно з графжа, тд час витрати води в дiапазонi 50-90 л/год вмiст дрiбноi фракцп становить 0,6-0,8 %. Найменший вмют дрiбноi фракцii 0,2-0,4 % отримуеться при витратi води в межах 125-170 л/год. При витрат води в дiапа-зонi 175-200 л/год виготовлеш гранули були з трщинами та з вмiстом дрiбноi фракцп 0,6-1 %. Ступiнь стирання гранул при даних витратах води становить 0,32-1,13 % (за норми 2,5 %), тобто мехашчна мщнють гранул ввдповвдае тех-нiчним вимогам. На рис. 2 показано вплив витрати води на вмют дрiбноi фракцп за ствввдношенням сировини сосна, смерека: дуб = 30:70.
£ 1,60т
1,40
I 1,20 ^ 1,00 о 0,80 £ 0,60 « 0,40 * 0,20
2 т
0,00-1-
Л. .
\ /
>—< ^ У
\ /—л Л *
1 1
50 60 100 100 120 120 130 135 150 150 160 165 170 175 180 180 185 190 200 200
Витрата води, л/год
Рис. 2. Залежшсть вм^ту дрiбно'i фракцП вiд витрати води (спiввiдношення сировини сосна, смерека: дуб = 30:70)
Аналiз графiчноi залежност показуе, що вмют дрiбноi фракцп значно перевищуе встановлеш норми 0,9-1,4 % за витрати води ввд 50 до 100 л/год. При витрат води ввд 100 до 135 л/год вмют дрiбноi фракцп становить 0,7-0,9 %. Не виходить за межi 0,7 % вмют дрiбноi фракцii при витратi води ввд 150 до 165 л/год. Найменший ввдсоток дрiбноi фракцii 0,2-0,4 % спостережено за витрати води 165-180 л/год. О^м того, гранули мають бшьш однорiдну довжину та бшьший блиск. Надмiрно висока витрата води - понад 190 л/год - негативно впливае на вмют дрiбноi фракцп i виходить за встановлеш норми. Через надмiр-ну волопсть сировини, випаровування вологи в грануляторi призводить до ут-ворення трiщин на поверхнi гранул. Стутнь стирання гранул у цьому випадку становить 0,53-1,5 %.
Встановлено, що ютотний вплив на вмют дрiбноi фракцii чинить парний ефект пари i температури пресування (рис. 3).
Рис. 3. Залежшсть вмкту дрiбно'i фракци вiд температури та пари
Збiрник науково-техшчних праць
Науковий вкник Н. 1ТУ Укра'1'ни. - 2014. - Вип. 24.4
За температури в гранулягорi 130-110 °С i витратi пари - 0 % вмют дрiбноi фракцп становить 0,68-0,9 %. Менше значения знаходиться за температури 150135 °С та витрати пари 1,0 % вщсоток дрiбноi фракцп 0,55-0,65 %. Стрiмко змен-шуеться дрiбна фракцiя вiд 0,5 до 0,12 % За кшькосп пари 2,0 % та температури 155-175 °С спостер^аеться стрiмке падiння дрiбноi фракцп вщ 0,5 до 0,12 %.
Отже, чим вища температура, тим менший показник дрiбноi фракцп спостер^аеться в гранулах. Наявнiсть пари та високо! температури створюють умови для найкращо! пластифжацп деревини, що зменшуе навантаження на ролики i вiдповiдно збiльшуе термiн !х експлуатацп. А досягти вищо! температури 155-175 °С у матрицi гранулятора, без надлишкового навантаження на ролики можливо тiльки за наявностi пари у 2,0 %. Пiд час використання пари вмют дрiбноi фракцп протягом 8 год не перевищував 0,5 %, а технологiчний процес протягом визначеного часу був стабшьшший. Крiм того, найменший вмiст дрiб-но! фракцп отримано за витрати води 165-180 л/год, при перевазi твердолистя-но! сировини. Але в цьому разi при такш витратi води вщбуваеться зниження температури в матриц гранулятора, що супроводжуеться погiршенням якосп продукцп. Тому досягти допустимого вмюту дрiбноl фракцп та високо! продук-тивностi гранулятора, без надлишкового навантаження на ролики, можливо тшьки за наявносп пари.
Висновки. Внаслiдок проведених дослщжень встановлено взаемозв'язок мiж витратою води, температурою, парою i встановлено оптимальш стввщно-шення цих величин. Найкраща якiсть гранул отримуеться за температури в межах 155-175 °С, за наявносп пари у 1,0-2,0 %. Оскiльки покращуеться пластифь кацiя деревини шляхом пiдвищення температури, зменшуеться навантаження на ролики гранулятора, забезпечуеться висока якють гранул, а також тдтримуеться стабiльнiсть технолопчного процесу виготовлення продукцп. За час переваги хвойно! сировини, вмют дрiбноl фракцп в межах 0,2-0,4 % отримуеться при вит-рап води 125-170 л/год, а зi збiльшенням вмюту твердолистяно! сировини вмют дрiбноl фракцп у вказаних межах спостер^аеться за витрати води 165-180 л/год.
Л1тература
1. DIN plus. Certification Scheme Wood pellets for use in small furnaces. DIN EN 14961-2. Berlin - 2011.
2. Севастьянова C.H. Биоэнергетика. Древесные (топливные) гранулы / С.Н. Севастьянова // Вестник ОГУ, октябрь. - 2009. - № 10 (104). - 133-138 с.
3. Курка Р.Р. Особливосп технологи формування паливних гранул з подрiбненоi деревини листяних порщ / Р.Р. Курка // Науковий вюник НЛТУ Укра!ни : зб. наук.-техн. праць. - Львiв : РВВ НЛТУ Укра!ни. - 2011. - Вип. 21.13. - С. 132-136.
Салдан Р.И., Шепелюко О.О., Копанский М.М., Ковальчук О.С. Влияние режимных параметров на содержание мелкой фракции во время изготовления топливных гранул
Исследовано влияние затраты воды, температуры, интенсивности парообразования на содержание мелкой фракции во время изготовления топливных гранул. Установлено, что неравномерная подача воды для кондиционирования сырья, отсутствие пары приводит к увеличению содержания мелкой фракции в гранулах. Показано, что во время использования сырья булавочных (сосна, ель) и твердолиственных (дуб) пород затрата воды должна быть разной по объему, величина мелкой фракции уменьшается при
высших температурах гранулирования, а температура прессования гранул зависит от поданного объема воды к смесителю для кондиционирования сырья и интенсивности парообразования.
Ключевые слова: топливные гранулы, содержание мелкой фракции, затрата воды, температура, пара.
Saldan R.Ye., Shepelyuko 0.0., Kopanskiy M.M., Koval'chuk O.S. The Influence of Regime Parameters on the Maintenance of Shallow Fraction when Producing Fuel Granules
The influence of expense of water, temperature, intensity of vaporization on maintenance of a shallow fraction when producing fuel granules is investigated. An uneven water supply for conditioning raw materials, absence of vapor is proved to result in the increase of maintenance of the shallow fraction in granules. It is stated that during the use of raw materials of needle-leaved (pine-tree, fir-tree) and hardwood (oak) species water consumption must be different in volume, the size of the shallow fraction tends to diminish at higher temperature of granulation, and the temperature of granule pressing depends on the given volume of water to the mixer for conditioning of raw materials and intensity of vaporization.
Key words: fuel granules, shallow faction maintenance, water consumption, temperature, vapor.
244
Збiрник науково-техшчних праць
