Разработка газогенераторов роторного исполнения для древесного топлива тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.03, кандидат наук Кашин Евгений Михайлович

• Кашин Евгений Михайлович
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Кашин Евгений Михайлович

установках

Постановка задачи исследования

Глава 2. Разработка физико-математической модели процесса газификации слоя древесного топлива по обращенной схеме в газогенераторе роторного исполнения

2.1 Физическая модель процессов газификации слоя древесного топлива по обращенной схеме в газогенераторе роторного исполнения и структура активной

зоны в газогенераторе роторного исполнения

2.2 Основные допущения, принятые при физико-математическом моделировании процессов газификации слоя древесного топлива по обращенной схеме в газогенераторе роторного исполнения

2.3 Математическая модель процессов газификации слоя древесного топлива по обращенной схеме в газогенераторе роторного исполнения

2.3.1 Модифицированный метод определения состава древесного генераторного газа по тепловому и материальному балансу

2.3.2 Метод расчета концентраций компонентов древесного генераторного газа

2.3.3 Метод определения скорости и времени газификации частиц древесного топлива по

его гранулометрическому составу

2.3.4 Метод определения рабочей толщины слоя топлива в древесном газогенераторе

Глава 3. Результаты расчетов по разработанной физико-математической

модели процесса газификации слоя древесного топлива по обращенной схеме в газогенераторе роторного исполнения

3.1 Тестирование физико-математической модели процесса газификации древесного топлива по обращенной схеме в газогенераторе роторного исполнения по известному составу сухого генераторного газа

3.2 Расчетный состав генераторного газа из различных видов древесного топлива. Влияние плотности и влажности древесного и других растительных топлив на

состав генераторного газа

3.3 Скорость выгорания частиц слоя топлива в зависимости от их размера и высоты

слоя

3.4 Толщина активной зоныгазификации вдревесномгазогенераторе

Глава 4. Разработка газогенераторов роторного исполнения

4.1 Принципиальныесхемыгазогенераторовроторногоисполнения

4.2 Описание работыгазогенераторароторногоисполнения

4.3 Затраты энергии на привод газогенератора роторного исполнения

4.4 Системаохлажденияроторагазогенератора

4. 5 Экспериментальная проверка работоспособности газогенератора роторного исполения... 119 4.6 Преимущества газогенераторов роторного исполнения при переводе котлоагрегатов

с природного на генераторный газ

Заключение

Списоклитературы

Приложения

Приложение А. Другие схемы газификации топлива

Приложение Б. Методы задания характеристик древесного топлива

Приложение В. Аппроксимация значений удельных теплоёмкостей продуктов

горенияи газификации топлива

Приложение Г. Рисунки влияния различных параметров на процесс газификации

топлива

Приложение Д. Акты, патенты и сертификаты

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка газогенераторов роторного исполнения для древесного топлива»

ВВЕДЕНИЕ

Газификация — процесс протекания реакций взаимодействия углерода топлива с окислителями, конечным результатом которых является получение горючих газов (оксид углерода, метан, водород).

Актуальность темы исследования. Повышение энергопотребления, исчерпаемость запасов топливных ресурсов, постоянный рост цен на углеводородные топлива, нестабильность рынка нефте- и газопродуктов приводит к возобновлению интереса к технологиям газификации древесного топлива. Рост числа энергетических установок вызывает экологические проблемы. Существует и проблема загрязнения древесными отходами при рубках ухода за лесом, лесозаготовках и в результате высыхания деревьев. Также остро стоит вопрос газификации природным газом отдаленных сельских местностей. Поэтому замена части невозобновляемого топлива возобновляемым, в том числе и более экологичным [1], становится весьма актуальным вопросом в настоящее время и наблюдается явная тенденция усиления роли альтернативной энергетики. В эксплуатацию постоянно вводятся новые объекты атомной, солнечной энергии, ветро-, гидроэнергетики и других источников возобновляемой энергии. К представителям источников альтернативной энергии является генераторный газ, вырабатываемый газогенераторами различных технологий газификации из древесного и других растительных топлив, а также растительной биомассы.

Процесс газификации был открыт в средние века [2]. При повседневном использовании дерева в качестве топлива было замечено, что при недостатке окислителя (воздуха) в зоне, находящейся ниже угольного слоя, из твердого топлива образуется горючий газ.

В Европе генераторный газ стали получать в XVII веке. Впервые с газификацией твердого топлива столкнулся английский ученный и изобретатель Дин Клейтон (Dean Clayton), проводившим серию экспериментов с пиролизом (разложением) каменного угля в 1691 г. [3]. Доктор Клейтон, получил горючий газ, путем раскаления в закрытой печи каменного угля. Практически в то же время - в 1726 г. опыт по разложению угля провел и английский физиолог, химик и изобретатель Стефен Гейлс (Stephen Hales), в результате которого также получил генераторный газ, обладающий весьма стабильным горением.

Первое патентное удостоверение на способ газификации угля было выдано в Англии Роберту Гарднеру (Robert Gardiner) в 1788г. Способ отличался от ранее существующих использованием тепла уходящих из газогенератора продуктов сгорания, путем их пропускания под топкой [3]. В 1792 г. Вильям Мюрдок (William Murdoch) (Англия) запускает производство газа из угля. Однако титул создателя первого древесного газогенератора связывают с именем французского инженера и изобретателя Филиппа Лебона (Philippe Lebon) [4]. В 1799 г. после экспериментов с древесными опилками Лебон получает патент на способ газового освещения методом сухой перегонки древесины.

Первый производственный газогенератор (рисунок 1) был изготовлен в 1839 г. немецким инженером Карлом Андреасом Бишофом (Carl Andreas Bischof) в городе Лауххаммере (Федеральная земля Бранденбург) [4, 5], применявшийся в 1844 г. на железоплавильном заводе под Мегдешпрунгом (Mägdesprung, округ Балленштедт, герцогство Ангальт) [6].

Рисунок 1 - Газогенератор Бишофа Рисунок 2 - Газогенератор Эбельмана

Примерно в это же время (в 1840 г.) Франция запускает в производство первый коммерческий газогенератор шахтного типа, разработанный другим изобретателем - французским химиком и инженером Жаком-Жозефом Эбельманом (Jacques-Joseph Ebelmerí) [1, 4, 5], где впервые был использован принцип обращенного процесса газификации (рисунок 2). позволяющий решить вопрос сжигания смолистых веществ, образующихся при газификации древесного топлива. Внедрение такого газогенератора в промышленность стало реальным только после разработки регенеративной печи немецким и британским инженером и промышленником Карлом Вильгельмом Сименсом (Carl Wilhelm Siemens) в 1861. (рисунок 3). В результате реакций в газогенераторе Сименса основная часть топлива преобразуется в углеводород, а другая оставшаяся часть - в окись углерода. Полученный газ, предварительно смешавшись с достаточным количеством воздуха, сжигается непосредственно в топке, что в свою очередь позволяет достичь высоких тепловых показателей. Газогенератор нашел широкое применение как неотъемлемый элемент сталеплавильных, стеклоплавильных, нагревательных и сварочных печей, работающих на основе регенерации.

В 1878 г. для повышения теплоты сгорания топлива англичанин Дж. Э. Доусон (Joseph Emerson Dowsorí) предложил в газогенераторной системе использовать водяной пар от парового котла. Значение работ Доусона было столь существенным, что в течение длительного времени генераторный газ называли газом Доусона (Dowson-Gas) [4, 5].

В последующее время развитие газогенераторов осуществлялось в тесной связи с развитием двигателей внутреннего сгорания в сторону совершенствования конструкции и увеличения мощности. Спрос на газогенераторные установки обеспечил необходимый серийный выпуск и должное их совершенствование. Но уже в то время газогенераторы обладали рядом недостатков. Газогенераторные установки были весьма громоздки, что препятствовало их широкому распространению. Стоимость газогенераторов отличалась от стоимости двигателей в разы.

В 1894 г. Джеймс Морган Уайл (James Morgan While) внедрил цилиндрическую шахту с использованием конусного затвора, водяного поддона и центрального подвода дутья. Функцию колосниковой решетки в этом случае исполняли кусочки частично оплавившейся золы топлива, заполняюшие нижнюю часть шахты (рисунок 4) [4, 5, 7].

Рисунок З - Газогенератор Сименса

Рисунок 4 - Газогенератор Уайла

Система Уайла представляет совокупность газогенератора, охлаждающего газогенератор и образующего водяной пар.

производящего газ и парогенератора,

Газогенераторы Сименса, Уайла (James Morgan While) и тем более все предыдущие разновидности газогенераторов полностью исключали какие-либо устройства механизации и автоматизации газогенераторного процесса. Отправной точкой в развитии автоматизации газогенерации явилось создание в 189б г. шведским инженером и изобретателем Густафом де Лавалем (Carl Gustaf Patrik de Laval) вращающейся решетки - первой удачной в практическом применении конструкции с механичесим удалением золы [4]

Стремление к механизации было поддержано и венгерским инженером-металлургом Анталом (Антоном) Керпели (Antal Kerpely/Anton von Kerpely/ Anton Kerpely von Krassai), который предложил в 19O6 г. традиционную колосниковую решетку заменить на вращающуюся эксцентрично расположенную полигональную решетку или решетку с эллиптическими контурами [8], а нижнюю часть корпуса газогенератора выполнить в виде двойной стенки, заполненной водой (рисунок 5), что позволило уменьшить износ огнеупорного покрытия и интенсивность шлаковых отложений, а также упростить схему получения водяного пара для нужд газогенератора.

Последующее развитие конструкций газогенераторов было связано с их полной механизацией, обеспечивающей высокую производительность за счет увеличения размеров и повышения интенсивности работы.

В 19OO г. во Франции Тейлором (Maurice Taylor) был построен первый газогенераторный автомобиль [4, 9, 1O, 11]. В 19O5 г. британский инженер-кораблестроитель, основатель

судостроительной компании Thornycroft Джон Айзек Торникрофт {John Isaac Thornycroft) изобрел первую моторную газогенераторную лодку [11].

Началом бурного развития и широкого распространения транспортных газогенераторов [4] считается 1914 год, когда экономические условия стали наиболее благоприятными. В виду неравномерного распределения жидких топлив некоторые страны старой Европы Франция, Италия, Германия, Швеция оказались в затрудненном положении нехватки запасов топлива, что явилось вынужденной причиной внедрения технологий газификации топлива, преимущественно дерева, как самого дешевого и доступного сырья.

Руководства различных стран, заинтересованных в развитии газогенераторных систем, активно продвигали газогенераторные установки в население соответствующей агитационной политикой -различными мероприятиями, конкурсами и автомобильными пробегами, а также экономической стимуляцией перевода транспортных средств с жидких на древесное топливо {государственные субсидии, уменьшающими налог на транспорт, стоимость газогенераторного оборудования или стоимость новых автомобилей с установленной газогенераторной системой).

Газогенераторы не потеряли свою актуальность и в военное время, даже напротив, в виду оккупации многих потенциальных территорий, некоторые районы оказывались без каких-либо поставок как сырья, так и продовольствия. Единственным и возможным выходом из сложившейся ситуации было использование древесного топлива и других сельскохозяйственных отходов.

В послевоенное время транспортные газогенераторы остались актуальны во Франции, Германии и Швеции - в странах, не имеющих собственных запасов нефти и испытывающих значительную нехватку топлива [4].

Таким образом, за свою многовековую историю газогенераторы прошли большой путь эволюции, начиная с примитивных устройств для демонстрации образования газа и заканчивая технически сложными промышленными системами генерации газа, но так и не избавились от большинства недостатков, в числе которых низкая эффективность, ограниченность по мощности и отсутствие возможности её регулирования, плохое движение топлива внутри газогенератора, избирательность к используемому топливу, сложная система его загрузки; проблематичное удаление золы; плохой доступ газифицирующего агента, большие габаритные размеры и, следовательно, низкая мобильность, высокая стоимость, высокая опасность эксплуатации, необходимость регулярного технического обслуживания квалифицированным персоналом, при этом небольшой ресурс и продолжительное время запуска. По этим причинам газогенераторы широкого применения и должного распространения так и не получили.

Существующие методы расчета основных характеристик процесса газификации, а именно состава генераторного газа его выхода уязвимы и неудовлетворительно описывают протекающие внутри газогенератора процессы.

Повышение энергопотребления, исчерпаемость запасов топливных ресурсов, нестабильность рынка нефте- и газопродуктов приводит к необходимости замены части невозобновляемого топлива возобновляемым, в частности генераторным газом, получаемым из

древесины и другой растительной биомассы в газогенераторах древесного топлива. Более того остро стоит вопрос газификации природным газом отдаленных сельских местностей. А также на фоне экологических проблем использования углеводородных топлив, древесное топливо оказывается более экологичным. Существует и проблема загрязнения древесными отходами при рубках ухода за лесом, лесозаготовках и в результате высыхания деревьев.

В связи с этим, актуальными являются исследования, направленные на разработку новых типов газогенераторов, позволяющих исключить недостатки существующих схем газификации и их технических решений, а также на разработку достоверных методов расчета основных параметров генераторного газа, применимых к новым типам газогенераторов.

Результаты научных исследований были использованы в НИР №012012625571 (регистрационный номер НИР: 7.4107.2011) «Разработка метода проектирования газогенераторов нового типа для газификации органического топлива из отходов лесопромышленного и агропромышленного комплексов», выполненной в рамках государственного задания Министерства образования и науки Российской Федерации.

Степень разработанности темы исследования. Весомый вклад в развитие основных технических решений газификационных схем внесли следующие ученые P. Lebon, С.А. Bischof, J.J. Ebelmen, C.W. Siemens, J.E. Dowson, J.M.While, A.Kerpely. Физико-математическим моделированием процессов газификации занимались Н.Г. Юдушкин, Д.Б. Гинзбург, С.Д. Федосеев, Г.И. Дешалит, А.Б. Чернышев, С.В. Кафтанов, А.Б. Генин, Р.Г. Сафин, В.В. Сергеев, Н.Ф. Тимербаев, Д.А. Шафорост, З.Г. Саттарова, А.М. Дубинин, А.Р. Хисамеева, В.Г. Тупоногов, Т.Д. Исхаков, Г. Р. Мингалеева, А.Ф. Рыжков, С.С. Тимофеева.

Независимо от существования широкого перечня научных работ, отсутствуют единая методика расчета основных характеристик процессов разложения, горения топлива и генерации газа, поскольку задача их моделирования представляется крайне сложной.

Цель работы заключается в разработке газогенераторов для древесного топлива роторного исполнения с повышенной производительностью и возможностью её регулирования. Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:

1. анализ существующих схем газификации древесного и других видов топлива, а также методов расчета основных характеристик процесса газификации древесного топлива;

2. разработка физико-математической модели рабочих процессов газификации древесного топлива;

3. проведение расчетных исследований по влиянию различных факторов на процесс газификации древесного топлива;

4. разработка газогенератора роторного исполнения, позволяющего исключить недостатки существующих образцов и повысить производительность с возможностью её регулирования, а также проверка его работоспособности.

Научная новизна. Работа содержит научно-обоснованные технические и технологические решения, направленные на повышение эффективности процессов газификации древесного топлива:

1. разработана физико-математическая модель процессов газификации слоя древесного топлива по обращенной схеме в газогенераторе роторного исполнения, включающая методы определения состава древесного генераторного газа, толщин активных зон газификации, скорости и времени газификации частиц древесного топлива;

2. на основе разработанной физико-математической модели уточнен перечень, приоритет, вклад в общее химическое превращение и диапазон температур протекания основных химических реакций в активных зонах газификации;

3. с использованием разработанной физико-математической модели получены следующие новые научные знания: данные о влиянии плотности, влажности топлива и коэффициента избытка воздуха на состав генераторного газа и выход горючих составляющих газа; данные о влиянии коэффициента избытка воздуха на толщину активных зон газификации; данные о влиянии размера частиц на скорость их выгорания при газификации;

4. предложен способ газификации слоя древесного топлива в центробежном поле на газопроницаемом колоснике.

Практическая значимость работы. Результаты диссертационной работы позволяют повысить производительность газогенераторной установки, прогнозировать процесс генерации газа из древесеного толпива и полезны для предприятий и организаций, специализирующихся на разработке, выпуске и эксплуатации газификаторов древесного топлива, могут быть использованы для решения практических задач энергосбережения, использования возобновляемых источников энергии и экологии.

Ввод в эксплуатацию газогенераторов роторного исполнения позволит в ряде случаев смягчить проблемы, связанные с недоступностью или дефицитом традиционных видов топлива, при одновременном улучшении экологической ситуации за счет утилизации древесных отходов.

Способ газификации древесного топлива в центробежном поле реализован в разработанном газогенераторе роторного исполнения и позволяет:

- повысить производительность газогенератора за счет увеличения (практически без ограничений) поверхности активных зон газификации на внутренней поверхности ротора;

- регулировать в определенных пределах производительность газогенераторов с вертикальной осью вращения изменением частоты вращения, определяющей степень поднятия древесного топлива по высоте ротора;

- при заданной производительности уменьшить габаритные размеры газогенератора (по сравнению с классическими схемами газогенерации);

- при необходимости осуществлять инверсию схемы газификации за счет изменения направления подачи газифицирующего агента.

Разработанная физико-математическая модель процессов газификации слоя древесного топлива по обращенной схеме принята к внедрению на ООО «Чистые Коммуникации».

Методология и методы исследования. Объектом исследований являются газогенераторы древесного топлива. Предметом исследований обозначены методы расчета состава и параметров генераторного газа, процессов горения и газификации. В работе использованы теоретические методы исследования (анализ, формализация, моделирование). Решения задач исследования основываются на основных положениях теории горения, газификации твердого топлива, химии биомассы дерева и древесины, а также математических методах (методы численного решения алгебраических уравнений высших порядков и дифференциальных уравнений).

Соответствие работы паспорту научной специальности. Диссертация соответствует следующим пунктам паспорта специальности 05.21.03 - «Технология и оборудование химической переработки биомассы дерева; химия древесины»:

п.16. Исследование химии и химической технологии биомассы дерева с целью создания нового оборудования и совершенствования конструкций машин, агрегатов и аппаратов для повышения эффективности, долговечности и надежности их эксплуатации, а также создания методик их расчета (п. 1,2и 3 научной новизны);

п.17. Оборудование, машины, аппараты и системы автоматизации химической технологии биомассы дерева (п. 4 научной новизны).

Положения, выносимые на защиту;

1. физико-математическая модель процесса газификации слоя древесного топлива по обращенной схеме в газогенераторе роторного исполнения, включающая методы расчетного определения: состава генераторного газа и его выхода; скорости и времени выгорания углерода при газификации твердого топлива по гранулометрическому составу; толщины активных зон газификации;

2. результаты расчетов по разработанной физико-математической модели процесса газификации слоя древесного топлива;

3. способ газификации слоя древесного топлива в центробежном поле на газопроницаемом колоснике;

4. основные технические решения газогенераторов роторного исполнения.

Степень достоверности и аппробация результатов. Сформулированные в диссертационном исследовании научные положения и выводы аргументированы, основаны на данных, представленных на приведенных рисунках и таблицах, и логически вытекают из цели и задач работы. Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается глубокой проработкой достаточного количества литературных источников, применением основных положений теории горения, газификации твердого топлива, химии древесины и биомассы дерева, приемлемой согласованностью полученных результатов расчетных исследований с опытными данными. Основные положения диссертации докладывались на форумах: "Third Forum of Young Researchers. In the framework of International Forum "Education Quality 2012" (Izhevsk, 2012),

«Молодежный образовательный форум приволжского федерального округа «1ВОЛГА-2013» {Самара, 2013); на международных и всероссийских научно-технических конференциях: II Всероссийская научно-техническая конференция аспирантов, магистрантов и молодых ученых с международным участием «Молодые ученые - Ускорению научно-технического прогресса в XXI веке» {Ижевск, 2013), «Интеграция науки, общества, производства и промышленности» {Тюмень, 2019), «Наука. Технологии. Инновации» {Магнитогорск, 2019), «Проблемы и перспективы разработки инновационных технологий» {Стерлитамак, 2019); на научной сессии «Выставка инноваций -2019 {весенняя сессия)» {Ижевск, 2019).

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 19 печатных и 2 электронных работах, в том числе 4 статьи, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 статья в зарубежном журнале, индексируемом в базе SCOPUS, 1 монография, 1 учебное пособие и 2 патента РФ на изобретение.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 141 странице машинописного текста, включающих 55 рисунков, 15 таблиц. Список литературы включает 118 наименований цитируемых публикаций российских и зарубежных авторов.

В первой главе производится аналитический обзор существующих схем газификации {прямая, обращенная, поперечная и с псевдоожиженным слоем) и методов расчета основных характеристик процесса газификации древесного топлива {Н.Г. Юдушкина, Д.Б. Гинзбурга, С.Д. Федосеева, А.Б. Чернышева и Г.И. Дешалита, С.В. Кафтанова, А.Б. Генина и др. исследователей). Рассматриваются способы задания характеристик древесного топлива и пути интенсификации процесса газификации топлива.

Во второй главе рассматривается структура активной зоны древесного газогенератора роторного исполнения и формулируются основные допущения, принятые при физико-математическом моделировании процессов газификации слоя древесного топлива.

Излагается разработанная автором физико-математическая модель процессов газификации слоя древесного топлива по обращенной схеме, представляющая совокупность нескольких методов: модифицированного метода определения состава древесного генераторного газа по тепловому и материальному балансу; метода расчета концентраций компонентов древесного генераторного газа по константам равновесия химических реакций в активных зонах газификации с различными температурами; метода определения скорости и времени выгорания частиц газифицируемого древесного твердого топлива по его гранулометрическому составу и метода определения толщины активной зоны в древесном газогенераторе.

В третьей главе приводятся результаты расчетов по разработанной физико-математической модели процесса газификации слоя древесного топлива по обращенной схеме.

Четвертая глава посвящена разработке газогенератора роторного исполнения для газификации твердого древесного топлива, который может быть использован для производства горючего генераторного газа из отходов предприятий лесного и агропромышленного комплексов.

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ СХЕМ ГАЗИФИКАЦИИ И МЕТОДОВ РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЦЕССА ГАЗИФИКАЦИИ

ДРЕВЕСНОГО ТОПЛИВА

В настоящее время существует достаточное количество разновидностей газогенераторов, обладающих как достоинствами, так и определенными недостатками. Выбор и внедрение газогенератора осуществляется с учетом специфики газификации сорта топлива и требований, предъявляемых к конечным продуктам газификации.

1.1. Существующие схемы газификации древесного топлива

Процесс газификации в газогенераторах зависит от многих факторов [12], влияющих на окончательный состав производимого генераторного газа. Поэтому единая общепринятая система классификации методов осуществления процесса газификации как таковая отсутствует.

В настоящее время разработано несколько вариантов проведения процесса газификации в зависимости от направлений движения потоков сырья и газифицирующего агента, а также плотности реакционного слоя, основными из них являются [11, 13, 14]:

1. Противоточная газификация неподвижного слоя частиц топлива при восходящем движении газа (прямая схема газификации).

2. Прямоточная газификация неподвижного слоя частиц топлива при нисходящем движении газа (обращенная схема газификации).

3. Поперечная схема газификации неподвижного слоя частиц топлива при поперечном движении газа.

4. Газификация в кипящем (витающем) слое частиц топлива.

Другими разновидностями наиболее распространенных схем газификации топлива, заслуживающих особое внимание, являются следующие:

1. Схема газификации с перемешивающимся слоем сырья (Приложение А).

2. Схема газификации с проталкивающимся слоем сырья (Приложение А).

3. Прямая схема газификации сырья на основе электронагрева (Приложение А).

4. Схема газификации с вращающимся слоем сырья (Приложение А).

5. Циклонная схема газификации сырья (Приложение А).

1.1.1. Противоточная газификация неподвижного слоя частиц топлива при восходящем движении газа (прямая схема)

Одним из наиболее ранних и распространенных конструктивных решений схем газификации является газогенератор противоточной газификации неподвижного слоя частиц топлива при восходящем движении газа (прямая схема), представленый на рисунке 1.1. Воздух

подводится в нижнюю часть газогенератора, а производимый газ отводится из верхней части. Реакция окисления сырья происходит в непосредственной близости от решетки, выше -восстановительные реакции. Далее по ходу движения газа вверх разместились зоны пиролиза и нагрев сырья. Образующиеся летучие компоненты и смолы уносятся восходящим потоком газа.

сырье

воздух

к- газ

зона сушки (150-300°С)

зона пиролиза (300-900°С)

зона восстановления (900—1 Ш0°С) зона горения (1100-1500°С)

зола

Рисунок 1.1 - Газогенератор противоточной газификации неподвижного слоя частиц топлива при

восходящем потоке газа (прямая схема)

Основными преимуществами газогенераторов прямой схемы являются:

- высокая степень сгорания топлива и внутреннего теплообмена, высокая теплота сгорания;

- низкая температура выходного газа, являющаяся следствием охлаждения газа при его прохождении через слои влажного топлива;

- возможность работы на разных типах топлива (опилки, сельскохозяйственные отходы, высокозольные шлакующиеся сорта топлив, не содержащих смол, и др.)[20, 21].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кашин Евгений Михайлович, 2019 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кашин, Е. М. Технология подготовки и газификации экологичного вида топлива / Е. М. Кашин, В. Н. Диденко // Экологическое образование и охрана окружающей среды. Технические университеты в формировании единого научно-технологического и образовательного пространства СНГ. Сборник статей. 4.II / Под ред. А. А. Александрова - М: издательство МГТУ им. Н. Э.Баумана, 2014. - С.192-195.

2. Кашин, Е. М. История развития газогенераторов: моногр. / Е. М. Кашин, В. Н. Диденко. - Ижевск: изд-во ИжГТУ, 2013. - 76 с.

3. Wyer, S. S. A TREATISE ON PRODUCER-GAS AND GAS-PRODUCERS / S. S. Wyer. -NEW YORK, LONDON: McGRAW-HILL BOOK COMPANY, 1906. p.315.

4. Самылин, А. И. История развития транспортных газогенераторов. Часть 1 / А. И. Самылин, М. С. Яшин //ЛесПромИнформ. 2010.-Т. 73.-№7. - С.158-167.

5. Цивенкова, Н. М. Дрова - автомобильное топливо будущего / Н. М. Цивенкова, А. И. Самылин // ЛесПромИнформ. 2005. - Т. 26. -№4.- С.60-66.

6. Dowson, J. E. PRODUCER GAS / J. E. Dowson, A. T. Larter. Second edition -LONGMANS, GREEN AND CO - PATERNOSTER ROW, - LONDON, NEW YORK, BOMBAY, AND CALCUTTA:, 1907. p.328.

7. Пат. 189407934(A) Great Britain. Combined Gas Producer and Steam Generator / Morgan W. J.; Timmins J.; заявл. 21.04.1894; опубл. 08.09.1894.

8. Пат. 826036(A) United States. Gas-generator / A. v. Kerpely; заявл. 21.01.1905; опубл. 17.07.1906.

9. Пат. 189901858(A) Great Britain. A Device to be Employed in connection with Gas-producers and Gas Engines to Regulate the Motive Charge Drawn into the Engine / Taylor M.; заявл. 26.01.1899; опубл.21.10.1899.

10. Humboldt Sexton, A. Producer gas A SKETCH OF THE PROPERTIES, MANUFACTURE, AND USES OF GASEOUS FUEL / A. Humboldt Sexton. - MANCHESTER: THE SCIENTIFIC PUBLISHING COMPANY, 1905, p.249.

11. Бохман, В. Я. Новые изобретения в области транспортных газогенераторных установок / В. Я. Бохман. - М., Л.: ГОСПЛАНИЗДАТ, 1940. - 199 с.

12. Печуро, Н. С. Химия и технология синтетического жидкого топлива и газа / Н. С. Печуро, В. Д. Капкин, В. Д. Песин. - М.: Химия, 1986. - 352 с.

13. Кашин, Е.М. Установки для получения генераторного газа: учеб. пособие для вузов / Е. М. Кашин, В. Н. Диденко. - Ижевск: изд-во ИжГТУ, 2013. - 96 с.

14. Рахманкулов, Д. Л. Современные методы газификации биомассы / Д. Л. Рахманкулов, Ф. Ш. Вильданов, Ф. Н. Латыпова // Башкирский химический. журнал. 2010. -№2. - С.36-42.

15. Соуфер, С. С. Биомасса как источник энергии / С. С. Соуфер, О. Р. Забоски; под ред. Я. Б. Черткова, пер. с англ. А. П. Чочиа. - М.: Мир, 1985. - 368 с.

16. Пат. 2097406 Российская Федерация, МПК C10J 3/20 (1995.01), C10J 3/18 (1995.01). Газогенератор / В. А. Игошин, Е. Н. Егоров, А. В.Виноградов, Т. Н. Иванова. - №95103797/25; заявл. 14.03.95; опубл. 27.11.97.

17. Афанасьев, В. В. Электротермическая газификация твердых топлив / В. В. Афанасьев, В. Г. Ковалев, В. А. Тарасов, В. Н. Орлов // Современные проблемы науки и образования. 2015.-№ 1-2. - С.72-73.

18. Головков, С. И. Энергетическое использование древесных отходов / С. И. Головков, И. Ф. Коперин, В. И. Найденов. - М.: Лесн. пром-сть, 1987. - 224 с.

19. Вихревой газогенератор (ВГГ) для производства генераторного газа из возобновляемых источников энергии -биотоплива или твердых горючих отходов [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.aerol.ru/other_equipment/vihr/ (дата обращения: 10.11.2012).

20. Токарев, Г. Г. Газогенераторные автомобили / Г. Г. Токарев - М.: Машгиз, 1955. -206 с.

21. Колесник, П. А. Учебник автомобильного механика / П. А. Колесник, Т. Е. Минков, С. В. Папмельи и др.; под общ. ред. Г. П. Лызо. - М.: Автотрансиздат, 1954. - 468 с.

22. Wood Gas as Engine Fuel [Электронный ресурс]. - Food and Agriculture Organization of the United Nations, Mechanical Wood Products Branch, Forest Industries Division, FAO Forestry Department; FAO Foresty Paper 72, 1986. - p.133. - Режим доступа: ftp://ftp.fao.org/docrep/fao/t0512e/t0512e00.pdf (дата обращения: 11.07.2013).

23. Абрамович, А.Д. Машиностроение: энцикл. справ.: в 15 т. Т. 11 Конструирование машин / А. Д. Абрамович, С. И. Березовский, Н. Ф. Вержбицкий и др.; под ред. Л. К. Мартенс - М.:Машгиз, 1948. - 474 с.

24. Коллеров, Л. К. Газомоторные установки / Л. К. Коллеров. - М., Л.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1951.- 240 с.

25. Рыжков, А. Ф. Парогазовые технологии на твердом топливе: учебное пособие / А. Ф. Рыжков, Т. Ф. Богатова, Е. И. Левин. - Екатеринбург: Изд-во УрФУ, 2018. - 160 с.

26. Массунов, С. Л. Плюсы угольных ТЭС. Угольная электрогенерация Республики Коми: инновационные перспективы / С. Л. Массунов, П. С. Массунов // Регион. 2010. - № 8. - С. 35-39.

27. Основы современной энергетики: курс лекций для менеджеров энергет. компаний / под общ. ред. Е. В. Аметистова [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.4energetic.ru (дата обращения:11.07.2013).

28. Химические вещества из угля. Пер. с нем. / под ред. И. В. Калечица. - M.: Химия, 1980. - 616 с.

29. Общая химическая технология топлива. 2-е изд. / под ред. С.В.Кафтанова. - М., Л.: Государственное научно-техническое издательство химической литературы, 1947. - 497 с.

30. Пат. 174028 Российская. Федерация. МПК C10J 3/20 (2006.01). Газогенератор / Бирюков А. Л., Плотников С. А., Шушков Р. А., Зубакин А. С.; заявитель и патентообладатель:

ФГБОУ ВО "Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина". -№2017116334; заявл. 10.05.2017; опубл. 26.09.2017; Бюл. № 27.

31. Пат. 2605870 Российская. Федерация. МПК F02B 43/08 (2006.01), F02D 19/02 (2006.01), F02D 29/06 (2006.01), F02M 21/02 (2006.01). Система питания двигателя внутреннего сгорания генераторным газом / Плотников С. А., Острецов В. Н., Киприянов Ф. А., Палицын А. В., Зубакин А. С., Коротков А. Н.; заявитель и патентообладатель: ФГБОУ ВО "Вятский государственный университет". - № 2015139021/06; заявл. 11.09.2015; опубл. 27.12.2016; Бюл. № 36.

32. Плотников, С. А. Система питания генераторным газом двс и установка для его осуществления / С. А. Плотников, А. С. Зубакин, А. Н. Коротков // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. - Воронеж: Изд-во ВГЛТУ имени Г. Ф. Морозова, 2015. - Т.3. - № 5-3 (16-3). - С. 66-69.

33. Плотников, Д. А. Энергоэффективные технологии производства топливных пеллет из отходов лесной, торфодобывающей и сельхозперерабатывающей промышленности / Д. А. Плотников, В. Н.Диденко. - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2011. - 116 с.

34. Газогенераторные установки [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.gazogenerator.biz/index.html (дата обращения: 05.12.2012).

35. Газогенераторы чистого холодного газа из древесины. Газогенераторы Woodbio ООО «ЭкоЭнергоХарьков» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.gazoelektrostansia.com/ (дата обращения: 03.12.2012).

36. Комплексы сжигания древесных отходов ООО «Таюр-Плюс» [Электронный ресурс].

- Режим доступа: www.tayur-kotly.ru/gazgen_11 .php (дата обращения: 06.12.2012).

37. Газогенератор ООО «Технокомплекс» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.tkomplex.ru (дата обращения: 12.12.2012).

38. Обзор современных технологий газификации биомассы [Электронный ресурс].

- Режим доступа: http://gazogenerator.com.ua/stati/60-obzor-sovremennyx-texnologii-gazifikaczii-biomassy (дата обращения: 07.12.2012).

39. LaFontaine, Н., Construction of a Simplified Wood Gas Generator for Fueling Internal Combustion Engines in a Petroleum Emergency / Н. LaFontaine, F. P. Zimmerman. - Washington: Federal Emergency Management Agency, 1989. - 68 p.

40. Пат. 167783 Российская. Федерация. МПК C10J 3/20 (2006.01). Газогенераторная установка обращенного процесса с локальным подогревом / Габитов И. И., Костарев К. В., Балтиков Д. Ф., Садритдинов О. К.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО "Башкирский государственный аграрный университет". -№2016101480, заявл. 19.01.2016; опубл. 10.01.2017 Бюл. № 1.

41. Лямин, В. А. Газификация древесины / В. А. Лямин. - М.: Лесная промышленность, 1967.-263 с.

42. Юдушкин, Н. Г. Газогенераторные тракторы. Теория, конструкция и расчет / Н. Г. Юдушкин - М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1955. -244 с.

43. Щеголев, М. М. Топливо, топки и котельные установки / М. М. Щеголев. - 4-е изд., перераб. - М.: Государственное издательство литературы по строительству и архитектуре, 1953. - 545 с.

44. Козлов, В.Н. Технология пирогенетической переработки древесины / В. Н. Козлов, А. А. Нимвицкий. -М., Л.: ГОСЛЕСБУМИЗДАТ, 1954.-620 с.

45. Никитин, Н. И. Очерки по химии древесины с кратким очерком строения древесины проф. Л. А. Иванова / Н. И. Никитин - Л.: Научное химико-техническое издательство научно-технический отдел ВСНХ, 1926. - 197 с.

46. Гиттис, В. Ю. Транспортные газогенераторы: автомобильные, транспортные, железнодорожные и судовые / В. Ю. Гиттис. - М., Л.: Гострансиздат, 1931. - 96 с.

47. Никитин, Н. И. Химическая технология дерева / Н. И. Никитин, Н. Я. Солнечник, Ф.П. Комаров; под общ. ред. Н.И. Никитина. - Ленинград, Гос. науч. техн. изд-во, 1931. - 426 с.

48. Коллеров, Л. К. Газификационные характеристики растительных отходов / Л. К. Коллеров; под ред. В. В. Никифорова. - М., Л.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1950. - 67 с.

49. Григорьев, К. А. Технология сжигания органических топлив. Энергетические топлива: учебное пособие / К. А. Григорьев, Ю. А. Рундыгин, А. А. Тринченко. - СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2006. - 92 с.

50. Гордон, Л. В. Технология и оборудование лесохимических производств: учебник для техникумов / Л. В. Гордон, С. О. Скворцов, В. И. Лисов. - 5-е изд., перераб. - М.: Лесная промышленность, 1988. - 360 с.

51. Хошев, Ю. М. Дровяные печи. Процессы и явления / Ю. М. Хошев. - М.: Издатель О. Ю. Сотников, 2015. - 392 с.

52. Выродов, В. А. Технология лесохимических производств: Учебникдля вузов / В. А. Выродов, А. Н. Кислицын, М. И. Глухарева и др. - М.:Лесная промышленность, 1987. - 352 с.

53. Пен, Р.З. Технология древесной массы. Учебное пособие / Р. З. Пен. - Красноярск: КГТА, 1997.-220 с.

54. Михайличенко, А. Л. Древесиноведение и лесное товароведение. Учебное пособие для проф.-техн. училищ / А. Л. Михайличенко, Ф. П. Садовничий. - М.: Высшая школа, 1974. - 223 с.

55. Полубояринов, О. И. Плотность древесины / О. И. Полубояринов. - М.: Лесная промышленность, 1976. - 160 с.

56. Кутев, И. Г. Судовые газогенераторные установки / И. Г. Кутев. - Л.: Водный транспорт, 1939. -256 с.

57. Попов, М. Д. Топливо для газогенераторных двигателей / М. Д. Попов. - Л.: Газетно-журнальное и книжное издательство, 1943. - 72 с.

58. Равич, М. Б. Эффективность использования топлива / М. Б. Равич, - М.: Наука, 1977. - 344 с.

59. Gumz, W. Eine neue Heizwertformel für feste Brennstoffe / W. Gumz // Feuerungstechnik, 1938, -№10, - S.322.

60. Boie, W. Vom Brennstoff zum Rauchgas. Feuerungstechnisches Rechnen mit Brennstoffkenngrössen und seine Vereinfachung mit Mitteln der Statistik / Werner Boie. - Leipzig: published by B. G. Teubner, 1957. - 101 p.

61. Дешалит, Г. И. Расчеты процессов газификации топлив / Г. И. Дешалит. - Харьков: Издательство Харьковского Ордена Трудового Красного Знамени государственного университета имени А. М. Горького, 1959. - 167 с.

62. Частухин, В. И. Топливо и теория горения: учебное пособие / В. И. Частухин, В.В. Частухин. - Киев: Выща шк. Головное изд-во, 1989. - 223 с.

63. Пашков, Л. Т. Основы теория горения. Учебное пособие / Л. Т. Пашков. - М.: Московский энергетический институт (технический университет), 2002. - 125 с.

64. Равич, М. Б. Упрощенная методика теплотехнических расчетов / М. Б. Равич. - 5-е изд., перераб. - М.: Наука, 1966. - 416 с.

65. Равич, М. Б. Газ и эффективность его использования в народном хозяйстве / М. Б. Равич. - М.: НЕДРА, 1987. - 239 с.

66. Кнорре, Г. Ф. Что такое горение? / Г. Ф. Кнорре. - М., Л.: Государственное энергетическое издательство, 1955. -224 с.

67. Кнорре, Г.Ф. Теория топочных процессов / Кнорре Г.Ф., Арефьев К.М., Блох А.Г. и др.; под ред. Г. Ф. Кнорре и И. И. Палеева. - М., Л.: Энергия, 1966. - 476 с.

68. Варгафтик, Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей / Н. Б. Варгафтик. - М.: Издательство «Наука», 1972. - 720 с.

69. Герасимов Н. В. Справочник. Газогенераторные тракторы и автомобили. Газобалонные автомобили. Смазочные масла и горючее из древесины / Н. В. Герасимов, В. А. Колосов, Р. В. Кугель и др. - М.: государстенное издательство сельскохозяйственной литературы «Сельхозгиз», 1943. - 359 с.

70. Дзюбенко, Б. В. Термодинамика: учебное пособие для студентов высших учебных заведений / Б. В. Дзюбенко. - М.: МАИ, 2006. - 273 с.

71. Жоров, Ю. М. Термодинамика химических процессов. Нефтехимический синтез, переработка нефти, угля и природного газа / Ю. М. Жоров. - М.: Химия, 1985 г. - 464 с.

72. Гинзбург, Д. Б. Газификация низкосортного топлива / Д. Б. Гинзбург. - М.: Государственное издательство литературы по строительным материалам, 1950. - 173 с.

73. Федосеев, С. Д. Полукоксование и газификация твердого топлива / С. Д. Федосеев, А. Б. Чернышев. - М.: Государственное научно-техническое издательство нефтяной горнотопливной литературы, 1960. - 327 с.

74. Генин, А. Б. Расчет теплохимического процесса получения силового газа из древесины / А. Б. Генин // Перевод на газ мощных двигателей дизеля. Сборник статей. - М.: Речиздат, - 1945.

75. Генин, А. Б. Метод расчета силового торфяного газа / А. Б. Генин // Торфяная промышленность. 1946. -№ 8.

76. Сергеев, В. В. Теплоэнергетические основы промышленной слоевой газификации растительной биомассы: дис. докт. техн. наук: 05.14.04: защищена 13.10.2009 / Сергеев Виталий Владимирович. - СПб., 2009. С. 84-97. - Библиогр.: С. 220-251. - 05200901305

77. Сафин, Р. Г. Технология переработки древесных отходов в генераторный газ: монография / Р. Г. Сафин, Н. Ф. Тимербаев, З. Г. Саттарова. М-во образования и науки Российской Федерации, Федеральное гос. бюджетное образовательное учреждение высш. проф. образования "Казанский нац. исслед. технологический ун-т". - Казань, Изд-во КНИТУ, 2014. - С. 39-44.

78. Тимербаев, Н. Ф. Техника и технологии термической переработки отходов деревообрабатывающей промышленности: монография / Н. Ф.Тимербаев, Р. Г. Сафин, З. Г. Саттарова. М-во образования и науки Российской Федерации, Гос. образовательное учреждение высш. проф. образования "Казанский гос. технологический ун-т". - Казань, КГТУ, 2010. - С. 75-.

79. Совершенствование техники и технологии процессагазификации высоковлажных древесных отходов: монография / Н. Ф. Тимербаев [и др.] ; М-во образования и науки Российской Федерации, Федеральное гос. бюджетное образовательное учреждение высш. проф. образования "Казанский нац. исследовательский технологический ун-т". - Казань: Изд-во КНИТУ, 2013. - C. 36-49.

80. Шафорост, Д. А. Технологические основы газификации угля в барботируемом расплаве шлака для экологически чистой и безотходной ТЭС: дис. канд. техн. наук: 05.14.14: защищена 04.07.2000 / Шафорост Дмитрий Анатольевич. - Новочеркасск, 2000. С. 84-97. -Библиогр.: С. 156-165. - 61 00-5/2463-3.

81. Дубинин, А .М. Двухзонный газогенератор на воздушном дутье с псевдоожиженным слоем / А. М. Дубинин, В. Г. Тупоногов, А. Ф.Рыжков, Ю. А. Каграманов, Е. С. Лабинцев // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2015. -Т. 326. -№3.-С. 50-57.

82. Тимофеева, С.С. Исследование режимных параметров поточного газогенератора при газификации твердого топлива / С. С. Тимофеева, Г. Р. Мингалеева // Вестник Казанского технологического университета. 2011.-№ 16.-С. 216-223.

83. Кашин, Е. М. Основные методы интенсификации процессов газификации топлива / Е. М. Кашин // Молодые ученые - ускорению научно-технического прогресса в XXI веке [Электронный ресурс] : электронное научное издание : сборник трудов II Всероссийской научно-технической конференции аспирантов, магистрантов и молодых ученых с международным участием, Ижевск, 23-25 апреля 2013 года / Министерство образования и науки Удмуртской Республики, федеральное гос. бюджетное образовательное учреждение высш. проф. образования «Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова». - Электрон. дан. (1 файл : 39,3 Мб.). - Ижевск, 2013. - 1415 с. - 1 электрон. опт. диск (CD-ROM).

84. Канторович, Б. В. Основы теории горения и газификации твердого топлива / Б. В. Канторович. - М.: Издательство академии наук СССР, 1958. - 600 с.

85. Канторович, Б. В. Введение в теорию горения и газификации твердого топлива / Б. В. Канторович. - М.: государственное издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1960. - 355 с.

86. Канторов, М. В. газогенераторы и газогенераторные станции в металлургической промышленности / - Свердловск: государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии. Свердловское отделение, 1958. - 486 с.

87. Мезин, И. С. Транспортные газогенераторы в 2 ч. 4.1. Рабочий процесс газогенератора / И. С. Мезин. - М.: ОгИЗ СЕЛЬХОЗгИЗ, государственное издательство сельскохозяйственной литературы, 1948.-211 с.

88. Кашин, Е. М. Активные зоны газогенератора твердого топлива роторного типа / Е. М. Кашин, В. Н. Диденко // Интеллектуальные системы в производстве. 2013. - Т. 22. - №2. - С.189-193.

89. Кашин, Е. М. Балансово-концентрационный метод определения состава и выхода древесного генераторного газа. Балансовая часть / Е. М. Кашин, В. Н. Диденко // Деревообрабатывающая промышленность. 2018. -№1. - С.73-82.

90. Кашин, Е. М. Новый метод расчета состава древесного генераторного газа обращенного процесса газификации / Е. М. Кашин, В. Н. Диденко // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНг. 2019.- Т. 62. - №4. - С. 341-361.

91. Кашин, Е. М. Балансово-концентрационный метод определения состава и выхода древесного генераторного газа. Концентрационная часть / Е. М. Кашин, В. Н. Диденко // Деревообрабатывающая промышленность. 2018. -№2. - С.57-68.

92. Померанцев, В. В. Основы практической теории горения: Учебное пособие для вузов / В. В. Померанцев, К. М. Арефьев, Д. Б. Ахмедов и др.; под ред. В. В. Померанцева, - 2 изд. - Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1986. -312 с.

93. Померанцев, В. В. Основы практической теории горения. Учебное пособие для студентов высших учебных заведений / В. В. Померанцев, К. М. Арефьев, Д. Б. Ахмедов и др.; под ред. В. В. Померанцева. - Л.:ЭНЕРгИЯ, 1973. - 264 с.

94. Краткий справочник физико-химических величин [Текст] / Сост. Н. М. Барон, Э. И. Квят, Е. А. Подгорная [и др.] ; под ред. К. П. Мищенко и А. А. Равделя. - 7-е изд., испр. - Л : Химия. Ленингр. отд-ние, 1974. -200 с.

95. Краткий справочник физико-химических величин / Сост. Н. М. Барон, А. М. Пономарева, А. А. Равдель, З. Н. Тимофеева; под ред. А. А. Равделя, А. М. Пономаревой. - 8-е изд., перераб. - Л: Химия. Ленингр. отд-ние, 1983. -231 с..

96. Богданов, Н. Н. Полукоксование и газификация торфа / Н. Н. Богданов. - М., Л.: государственноеэнергетическое издательство, 1947.-271 с.

97. Лавров, Н. В. Введение в теорию горения и газификации топлива / Н. В. Лавров, А. П. Шурыгин. -М.: Издательство академии наук СССР, 1962. -217 с.

98. Лавров, Н. В. Физико-химические основы горения и газификации топлива / Н. В. Лавров. - М.: Государственное научно-техническое издательство по черной и цветной металлургии, 1957. - 289 с.

99. Иноземцев, Н. В. Основы термодинамики и кинетики химических реакций / Н. В. Иноземцев. - М.: Военная Академия механизации и моторизации Красной Армии имени Сталина, 1940.-257с.

100. Костылев, Н. А. Тепловые расчеты. Теория газификации. Газогенераторы / Н. А. Костылев. - 4-е изд., перераб. - Томск: Кубуч, 1932. -178 с.

101. Рамбуш, Н. Э. Газогенераторы / Н. Э. Рамбуш перевод с англ.- М.: ГОНТИ, 1939. -329 с.

102. Процессы горения / под ред. Б. Льюиса, Р.Н.Пиза и Х.С.Тейлора, перевод с англ. С. О. Апельбаума и др. - М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1961. -559 с.

103. Кашин, Е. М. Метод определения скорости и времени выгорания частиц газифицируемого древесного твердого топлива по его гранулометрическому составу / Е. М. Кашин, В. Н. Диденко // Деревообрабатывающая промышленность. 2018. -№4. - С.95-101.

104. Померанцев, В. В. Сборник задач по теории горения: учебное пособие для вузов / под ред. В. В. Померанцева. - Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1983. - 152 с.

105. Кумсков, В. Т. Топливо и процессы горения / В. Т. Кумсков, А. И. Покалюк - М.: Всесоюзное издательско-полиграфическое объединение министерства путей сообщения, 1963. - 192 с.

106. Тимофеев, В. Н. Теплообмен в слое / В. Н. Тимофеев // Известия ВТИ, 1949, - №2,

- С.14-18.

107. Горбис, 3. Р. Теплообменники с проточно-дисперсными теплоносителями / 3. Р. Горбис, В. А. Календерьян. - М.: Энергия, 1975. - 296 с.

108. Голубев, И. Ф. Вязкость газов и газовых смесей (справочное руководство) / И. Ф. Голубев. -М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1959. - 173 с.

109. Справочник азотчика: физико-химические свойства газов и жидкостей. Производство технологических газов. Очистка технологических газов. Синтез аммиака. - 2-е изд., перераб. - М.: Химия, 1986. -512 с.

110. Хзмалян, Д. М. Теория горения и топочные устройства / Д. М. Хзмалян, Я. А. Каган; под ред. д.т.н. Д.М.Хзмаляна. - М.: «Энергия», 1976. - 487 с.

111. Диденко, В. Н. Определение величины активной зоны газогенератора роторного типа / В. Н. Диденко, Е. М. Кашин // Интеллектуальные системы в производстве. 2014. - Т. 24.

- №2. - С.178-183.

112. Предводителев, А. С. Горение углерода. Опыт построения физико-химических основ процесса / А. С. Предводителев, Л. Н. Хитрин, О. А. Цуханова и др.. - М., Л.: Издательство академии наук СССР, 1949. - 409 с.

113. Кашин, Е. М. Газогенератор твердого топлива с вращающейся активной зоной / Е. М. Кашин, В. Н. Диденко // Интеллектуальные системы в производстве. 2013. - Т. 21. - №1. -С.181-184.

114. Пат. 2497045 Российская Федерация, МПК Р23С5/027, С10В/00. Газогенератор твердого топлива / Кашин Е. М.; заявитель и патентообладатель: Кашин Е. М. - 2012110419/03; заявл. 19.03.2012; опубл. 27.10.2013, Бюл. № 30.

115. Пат. 2579112 Российская Федерация, МПК Р23С5/027, С10В/00. Газогенератор твердого топлива / Кашин Е. М., Диденко В. Н.; заявитель и патентообладатель: Кашин Е. М., Диденко В. Н. - 2014144242/03; заявл. 31.10.2014; опубл. 27.03.2016, Бюл. № 9.

116. Диденко, В. Н. Методика определения предельных значений затрат энергии на привод газогенератора роторного типа / В. Н. Диденко, Е. М. Кашин // Интеллектуальные системы в производстве. 2015. - Т. 27. - №3. - С.97-100.

117. Диденко, В. Н. Энергетические аспекты полного перевода котлоагрегатов с природного на генераторный газ / В. Н. Диденко, Е. М. Кашин, И. И. Ахмадишин // Интеллектуальные системы в производстве. 2016.- Т. 30. - №3. - С.97-102.

118. Диденко, В. Н. Генераторный газ из древесных отходов как альтернатива природному газу в котлоагрегатах / В. Н. Диденко, Е. М. Кашин // Деревообрабатывающая промышленность. 2017. -№4. - С.52-57.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А. Другие схемы газификации топлива

Схема газификации с перемешивающимся слоем сырья

Одной из главных проблем эксплуатации этих газогенераторов считается проблема образования прогаров пустот и слипания кусков в слое топлива. Решение данной проблемы находится при использовании газогенератора с перемешивающимся слоем сырья (рисунок А.1). Газогенератор по своему принципу очень похож на газогенератор прямой схемы газификации, но имеет возможность перемешивать слои с активными зонами [15]. Большого распространения так и не получил вследствие небольшой эффективности, вызванной нарушением естественного распределения активных зон газогенератора.

Топливо Вращающаяся Топливный газ

Огнеупорная футеровка

система

Нагрев и сушка

Пиролиз

Газификация

Воздух / / кислород / / водяной пар

Зола / Углистое вещество

Рисунок А.1 - Газогенератор с перемешивающимся слоем сырья

Схема газификации с проталкивающимся слоем сырья

Газификатор с проталкивающимся (движущимся) слоем сырья изображен на рисунке А.2 (Occidental Research Corp., США) [15]. Теплопроводная среда (углистое вещество, песок и др.) является источником тепла и выполняет транспортную функцию. Поэтому требуется специальная обработка сырья. Сырьем может быть практически любое измельченное топливо, а также разнообразная биомасса.

Данные реакторы характеризуются высокой производительностью. Недостатками является сложность конструктивного решения и необходимость использования систем пневмотранспорта.

Прямая схема газификации сырья иа основе электронагрева

На рисунке А.З изображен газогенератор, работающий от тепла, выделяемого от встроенного в корпус газогенератора электронагревателя [16, 17].

Твердые часта и топливный газ

Подача биомассы

при помощи инертных газов (Азот, аргон или рециркулирующий

газ)

Огнеупорная теплоизоляция

Подвижный теплоноситель (песок, углистое вещество, зола, отработанный катализатор)

Рисунок А.2 - Газогенератор с проталкивающимся слоем сырья

4

Рисунок А.З - Газогенератор на основе

электронагревателя: 1 - корпус; 2 - дутьевой канал; З - канал отвода газа; 4 - электронагреватель

Электрический нагрев позволяет сократить время запуска газогенератора и управлять количественным и качественным выходом газообразных продуктов [16]. Основными достоинства: простота конструкции, предварительный подогрев дутья, отсутствие колосниковой решетки, малый объем, компактность и управляемость процесса.

Недостатки схожи с недостатками газогенератора прямой схемы, а также обрастание электронагревателя отложениями, возникающими в результате термического разложения древесины и сложность удаления золы.

Схема газификации с вращающимся слоем сырья

Газогенератор с вращающимся слоем сырья с прямым (а) и непрямым (б) обогревом представлен на рисунке А.4 [15].

Данный газогенератор отличается плохой компоновкой основных зон и особой сложностью подачи биомассы, а также отдельно топлива, необходимого для поддержания горения.

а)

О1 иеунорная Топливный футеровка газ /

Вращающаяся система

/

Топливо

////////////у// /////// ////

I г ¡1 Пиролиз § I и 3 & К Окисление

О'

/У/ УМ V/// '//////а

Топливо

Газ

Воздух / / Кислород

Углистое вещество / / Зола

6)

Топливо

Огнеупорная футеровка

\////////////?77777,

Камера сгорания__

Сушка

Пиролич и восстановление

I

Т

Топливный газ (противоток)

Камера сгорания

У////////////Л

'А *//,

Топливный газ {паращельный поток)

Углистое вещество / / Зола

Топливо и воздух

Рисунок А.4 - Газогенератор с вращающимся слоем сырья с прямым (а) и непрямым (б) обогревом

Циклонная схема газификации сырья

Вихревой (циклонный) газогенератор по принципу действия очень похож на вихревую топку, разница заключается всего лишь в меньшем количестве подаваемого воздуха, превращающий процесс сжигания топлива в процесс газификации (рисунок А.5). Измельченное топливо газифицируется в взвешенном витающем состоянии во время движения по круговой траектории движения в топочной камере. Вращательное движение газов образуется при нижнем подводе первичного воздуха к закругленной поверхности топочной камеры [18].

Циклонный метод газификации обеспечивает также гибкое и глубокое регулирование нагрузки.

Рисунок А.5 - Схема вихревого (циклонного) газогенератора: 1 - топливный бункер; 2, 3 - система подачи топлива со шнеком; 4 - газовая горелка для розжига;

6 - сопло подачи воздуха; 7 - кольцевая диафрагма; 8 - металлический кожух; 9 - выходной

канал; 10- вентилятор; 11- смеситель.

Преимущества вихревой (циклонной схемы) [19]: короткое время старта; возможность регулирования производительности; низкое аэродинамическое сопротивление позволяет применять вентилятор небольшой мощности; возможность транспортирования собранного циклонного аппарата.

Основные недостатки: высокое энергопотребление; плохая работа с топливами высокой влажности; высокая тепловая напряженность стенки корпуса, приводящая к преждевременному разрушению; необходимость использования вентилятора; высокий уровень шума; необходимость измельчения топлива и использования соответствующего оборудования; сложность удаления золы.

Приложение Б. Методы задания характеристик древесного топлива

Теплотехнические и физико-химические характеристики древесины являются основополагающими данными и определяют эффективность использования древесного топлива в энергетике. Это делает необходимым и целесообразным изучение основных параметров топлива. В настоящем разделе рассматриваются способы задания характеристик древесного топлива, которые позволяют устанавливать следующие параметры древесного топлива:

1. Элементарный состав топлива и условная химическая формула топлив.

2. Плотность, пористость твердого топлива и порозность слоя топлива.

3. Теплота сгорания топлива и количество воздуха, необходимое для его сгорания.

4. Температура горения твердого топлива.

Элементарный состав топлива и его условная химическая формула

Наиболее распространенным и в то же время доступным видом топлива являются древесина, древесные отходы (древесная кора, ветки, опилки, чурки, древесная мелочь, порубочные остатки и др.), а также и отходы сельскохозяйственных культур (солома, лузга подсолнечника и хлопка, рисовая шелуха, льняная костра и т.п.).

Горючей частью древесного топлива являются целлюлоза и лигнин [42]. Поскольку целлюлоза представляет собой определенное химическое соединение с постоянным составом, а состав лигнина меняется в незначительных пределах, то органическая масса древесины различных пород по химическому составу мало отличается одна от другой. Также и исследования газификации древесины различных пород показали, что порода древесины практически не оказывает влияния на состав генераторного газа [42].

Состав древесной массы характеризуется уравнениями (Б.1.1) и (Б.1.2):

СР + НР + ОР + МР + АР + ^^ = 100%, (Б.1.1)

где СР,НР,ОР,МР,АРЖ - содержание в древесном рабочем топливе соответствующих элементов, золы и влаги, %.

СО + НО + О0 + № = 100%, (Б.1.2)

где С0,Н0, О0, № - содержание в органической массе соответствующих элементов, %. Средний элементарный состав рабочего топлива и органической массы разных древесных пород, а также некоторых сельскохозяйственных остатков по данным авторов [18, 24, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48] приведен в таблице Б.1.

Для определения среднего элементарного состава смеси из нескольких рабочих топлив применяются следующие зависимости:

сОМЕСИ = x СО &; (б.1.3) Н0МЕСИ = х НО &; (б.1.4)

Оомеси = x ОО & ; (Б.1.5) ^^омеси = x N0 &, (Б.1.6)

где С0, Н0, О0, N° - содержание в органической массе соответственно углерода, водорода, кислорода и азота 1 -го топлива, %; - массовая доля 1 -го топлива в смеси из различных рабочих топлив.

По среднему элементарному составу органической массы возможно определить условную химическую формулу топлива СхНуО2 следующим образом [24]:

X = -А— • 10; (Б.1.7) ^ = -Н^--10; (Б.1.8)

АгС АгН

О0

2 = А--10, (Б.1.9)

АгО

где х, у, г - числа грамм-атомов соответствующих элементов в1кг топлива, АгС, АгН, АгО - атомные веса соответствующих элементов.

Результаты определения условной химической формулы топлив приведены в таблице Б.1.

Плотность, пористость твердого топлива и порозность слоя топлива

Любое твердое топливо имеет пористо-капиллярную структуру, заполненную воздухом и влагой, и является неоднородным материалом, как органического, так и неорганического происхождения [49].

Плотностью твердого топлива по определению является масса, приходящейся на единицу объема, которая может быть различной для различных структурных образований топлив в рассматриваемом объеме. Поэтому для рациональной оценки веса топлива на единицу объема используют понятия действительной, кажущейся и насыпной плотностей.

Действительная плотность топлива рД характеризует объем, занимаемый твердыми частицами топлива, и, как правило, рассчитывается для его сухой массы [49]:

рс = 100-Ро кг (Б21)

Рд =-т-т ^, (Б.2.1)

м

100 - А

1 — Ро

2900

где АС - зольность сухого топлива, %; 2900 - средняя плотность минеральных включений, кг/м3; рО - плотность органической составляющей топлива (плотность органической части древесины, в среднем составляет 1550 кг/м ).

=_10_(Б22)

Ро = 0,334 - СО + 4,25Н° + 23 , м3 , ( )

Действительная плотность топлива учитывается при анализе его строения, в расчетах процессов горения частиц топлива, систем пылеприготовления и т.п.

Кажущаяся плотность топлива р к характеризует массу объема куска топлива с внутренними полостями и порами, заполненными воздухом и влагой.

Кажущаяся плотность основных пород древесины, древесных и селькохозяйственных отходов приведена в таблице Б.1 по данным [24, 18, 43, 44, 50, 51, 52].

Насыпная плотность рн описывает массу единицы объема неуплотненного слоя топлива, в котором между частицами материала присутствует определенное пространство (пористость). Насыпная плотность определяется размерами частиц (пористостью) топлива и его влажностью. Пористость (доля пор) определяется возрастом и породой дерева, условиями его произрастания, смолистостью и другими условиями [44].

Между пористостью и плотностью в сухом состоянии существует следующая связь [44, 53]:

П -

f

1 _£к

V Ро J

• 100, (Б.2.3)

где П - пористость (доля пор), %; рК - кажущаяся плотность топлива; р0 - плотность органической составляющей топлива, кг/м3.

Порозность слоя топлива т представляет собой долю объема пустот, приходящуюся на единицу объема слоя:

т = = =рК ~рн , (Б.2.4)

V V рк

где —П - объем пустот в слое топлива, м3;

—ч - объем частиц слоя топлива, м3;

V - объем слоя топлива, м3;

рК -кажущаясяплотность топлива, кг/м3;

р н - насыпная плотность слоя топлива, кг/м3.

Порозность слоя топлива определяется взаимным расположением кусков твердого топлива в слое, их формой, величиной и пористостью.

Таблица Б.1- Элементарный состав, плотность и условная химическая формула древесных и других растительных топлив [24, 18, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57]

№ Наименование древесного и других растительных топлив Элем. состав Плотность Условная хим. формула

С,% Н,% О+N, % Р к, кг/м3 С Н О abc

1 Дуб 50,70 6,05 43,25 690 С Н О 42 61 27

2 Осина 48,80 6,10 45,10 470 С 41 Н 61 0 28

3 Сосна 50,20 6,00 43,80 470 С Н О 42 60 27

4 Береза 49,30 6,10 44,60 600 С Н О 41 61 28

5 Ольха 49,00 6,25 44,75 490 С 41 Н 63 0 28

6 Ель 49,95 6,40 43,65 420 С Н О 42 64 27

7 Бук 49,50 6,00 44,50 640 С 41 Н 60 0 28

8 Лиственница 50,10 6,30 43,60 630 С Н О 42 63 27

9 Ясень 49,20 6,27 44,53 645 С Н О 41 63 28

10 Клен 49,80 6,30 43,90 650 С 42 Н 63 0 27

11 Вяз 50,20 6,40 43,40 615 С Н О 42 64 27

12 Липа 49,40 6,90 43,70 470 С 41 Н 69 0 27

13 Тополь 49,70 6,30 44,00 350 С Н О 41 63 28

14 Груша (ствол) 49,07 6,48 44,45 600 С Н О 41 65 28

15 Листья грушы 48,46 7,50 44,04 300 С Н О 40 75 28

16 Ветви груши (средняя часть) 50,72 6,58 42,69 316 С Н О 42 66 27

17 Корни груши (средняя часть) 47,49 6,27 46,22 650 С Н О 40 63 29

18 Кора груши 47,53 6,09 45,97 730 С 40 Н 61 О 29

19 Кора сосновая 51,38 6,95 41,62 652 С Н О 43 70 26

20 Кора еловая 52,02 6,61 41,37 715 С Н О 43 66 26

21 Кора березовая 54,34 6,87 39,37 736 С Н О 45 69 25

22 Кора ольховая 54,42 6,78 39,80 680 С Н О 45 68 25

23 Солома 44,90 5,40 49,70 130 С 37 Н 54 О 31

24 Лузга подсолнечника 51,70 6,30 42,00 115 С Н О 43 63 26

25 Лузга хлопковая 47,40 6,40 46,20 100 С 40 Н 64 О 29

26 Отдубина 49,40 5,70 44,90 600 С Н О 41 57 28

27 Кизяк 48,40 6,00 45,60 400 С Н О 40 60 29

28 Льняная костра 51,00 6,10 42,80 335 С Н О 43 61 27

29 Рисовая шелуха 50,30 6,10 43,50 130 С Н О 42 61 27

30 Зола соломы 50,00 7,7 41,44 - С 42 Н 77 О 26

Теплота сгорания древесного топлива и количество воздуха, необходимое для его сгорания

Теплота сгорания топлива определяется химическим составом топлива. Зависимость между количеством теплоты, выделяющейся при сгорании топлива, и элементарным составом сложна и неодинакова для различных видов топлива. Существует целый ряд эмпирических формул для определения теплоты сгорания по элементарному составу [29].

В основу одной из первых предложенных формул было положено допущение французского химика и физика П.Л. Дюлонга (Pierre Louis Dulong), что кислород находится в топливе в форме гидроксила.

( О ^

Q = 81,4 • С + 341 • H - О + 22,2 • S, ккал/кг. (Б.3.1)

V 8 )

По мнению Дюлонга тепловой эффект водорода определяется только свободной его частью, не связанной кислородом и при горении выделяющей 341 (H - О/8)кал, а углерод и сера выделяют при сгорании столько же тепла, сколько они выделили бы, находясь в свободном состоянии.

Данная формула нашла применение для таких топлив, как нефть и каменный уголь, содержащие незначительное количество кислорода. Теплота сгорания определенных видов топлива, иемющих большее содержание кислородных соединений, выражается уравнениями, где коэффициенты подобраны эмпирически специально для данной группы топлива. К таковым относятся формулы [29]:

Вондрачека

Q = (89,1 - 0,062 • С0 )• С + 270 (H - 0,1 • О) + 25 S, ккал/кг. (Б.3.2)

"Союзная" (Германия)

( О ^

Q = 81С + 290 • H -О - 6W + 25S, ккал/кг. (Б.3.3)

Штейер

V « У

( з ^ 3 ( О ^ Q = 81 • С - - • О + 57 • - • О + 345 • H--+ 25S, ккал/кг. (Б.3.4)

И V 8 У 8 V 16 У v '

В силу того что вышеприведенные формулы базировались на достаточно схематичных и упрощенных представлениях о химической природе соединений, то и область применения формул достаточно ограничена. Они применимы только к углям, принимавших участие в экспериментах, на основе которых и были подобраны численные коэффициенты.

Проф. К.В. Кирш предложил формулу для определения теплоты сгорания органической массы топлива с содержанием углерода более 90% [42]:

Q = 104• С0 -700, ккал/кг. (Б.3.5)

Низшая теплота сгорания древесного топлива в зависимости от влажности может быть определена по эмпирической формуле проф. A.A. Надежина [24, 42]:

бн = 4370 - 49^Р, ккал/кг. (Б.3.6)

Формула В. Гумца [58, 59]:

б = 340СР + 1017НР + 63N + 191БР - 98ОР -25WР, кДж/кг. (Б.3.7)

Формула В.Бойе [58, 60]

б = 352СР + 942НР +105(бр -ОР) кДж/кг. (Б.3.8)

Достаточно удовлетворительные результаты дают формулы Д.И. Менделеева для низшей теплоты сгорания [20, 24, 18,42,61, 62]:

б = 340 • СР +1035• НР -109 -(ор - БР)-25WР, кДж/кг, (Б.3.9)

и для высшей:

б = 340 • СР +1260 • НР -109 ^(0Р -БР), кДж/кг. (Б.3.10)

Теоретическое количество сухого воздуха (при нормальных условиях - температуре 0°С и плотности р = 1,293 кг/м3), необходимое для полного сгорания 1 кг рабочего топлива определяется по стехиометрическим уравнениям (Б.3.11) и (Б.3.12) [18, 63]:

¥0 = 0,0889 • СР + 0,265 • НР - 0,0333 • 0Р, м3/кг. (Б.3.11)

Ь0 = 0,115 • СР + 0,342 • НР - 0,0431 • 0Р, кг/кг. (Б.3.12)

Температура горения топлива

Температура горения топлива (температура продуктов сгорания) определяется по зависимости:

Т = пт • ТА,К, (Б.4.1)

где: ТА - адиабатная (калориметрическая) температура горения, К; - пирометрический коэффициент, учитывающий теплопотери в окружающую среду. Для теплоагрегатов с качественно выполненной теплоизоляцией рекомендуется = 0,75 ^ 0,85; для теплоагрегатов без теплоизоляции = 0,7 ^ 0,75; для экранированных топок котлов = 0,6 ^ 0,75 . Для газогенератора обращенного процесса без теплоизоляции принимается равным = 0,7 ^ 0,75 . Адиабатная (калориметрическая) температура горения твердого топлива рассчитывается по следующему выражению [58, 62, 64, 65, 66, 67]:

ОР +1

ТА = ^ В + 273, (Б.4.2)

^В.Г. СРЪТ

где: бН - низшая теплота сгорания твердого рабочего топлива, кДж/кг; /В - энтальпия воздуха подаваемого в зону горения (окислительно-восстановительную зону), кДж/кг; сРвг -

средняя объемная теплоемкость влажного газа при температуре горения, кДж/м3 • К; оВГ - выход влажного газа, м3/кг.

сР = СОсР + СО, сР + Н7 сР + Н70сР + СН4 сР + N7 сР , (Б.4.3)

РВ.Г. РС0 2 РСО, 7 РН2 2 РН,0 4 РСН4 2 •'N2

где: сР ,сР ,сР ,сР ,сР ,сР - объемные теплоемкостикомпонентов генераторного газа,

РС0 РС02 РН2 РН20 РСН4 РN2 1 1

кДж/м3 • К .

/в = аГ0 гс'Ръ = аГ0 t(о,79с^ + 0,21 сР0 ), (Б.4.4)

где: сРв ,сР^ ,сРо - объемные теплоемкости воздуха, азота и кислорода соответственно, кДж/м3 • К.

С целью определения значения теплоемкости компонента газа задаются некоторым начальным значением температуры горения.

Для перевода из удельной и мольной теплоемкости в объемную в дальнейшем будут использоваться следующие зависимости для молярной теплоемкостисц, (кДж/кмоль• К):

сц = с ц; (Б.4.5)

с„= с Гц, (Б.4.6)

где с - удельная (массовая) теплоемкость компонента газа, кДж/кг• К; с - объемная

теплоемкостькомпонента газа, кДж/м3 • К; ц - молекулярная масса компонента газа кг/кмоль; V

- молярный объём (объём 1 кмоль любого газа), равный 22,4 м3/кмоль при нормальных физических условиях.

Из выражения (Б.4.6) следует:

с7 = сц = . (Б.4.7)

Гц 22,4

Массовые теплоемкости компонентов газа определяются по справочным данным [68, 69] либо аппроксимацией табличных значений теплоемкости эмпирическими зависимостями.

После нахождения значения температуры горения топлива Т, определяется расхождение между вычисленным значением и принятым изначально:

\Т - ТНАЧ.| < 5%. (Б.4.8)

Если расхождение велико, то расчет повторяют до тех пор пока расхождение не будет превышать 5%.

Результаты вычисления температуры горения сведены в таблицах Б.2 и Б.3.

Таблица Б.2 - Температура горения топлива (Береза с влажностью 28 %)

Наименование компонента газа СО СО2 Н2 Н2О О2 СН4 N2 О2 N2

Процентное содержание компонента газа 10,0 6,2 10,9 9,7 0,0 0,0 63,3 21,0 79,0

Температура горения начальная/температура воздуха, К 2085 283

Удельная (массовая) теплоемкость, кДж/(кг*К) 1,303 1,365 30,699 3,802 1,242 14,861 1,460 0,963 1,056

Молярная масса, кг/кмоль 28 44 2 18 32 16 28 0,032 0,028

Объемная теплоемкость, кДж/(м *К) 1,628 2,681 1,371 3,055 1,774 10,615 1,825 1,376 1,320

Средн. объемная теплоем-ть продуктов, кДж/(м *К) 1,929 1,332

Выход продуктов сгорания, м /кг 3,86 - -

Низшая теплота сгорания рабочего топлива, кДж/кг 12305 - -

Коэффициент избытка воздуха 1

Объем теор.необх.воздуха, м /кг 3,223 3,223

Энтальпия воздуха, подаваемого в ОВЗ, кДж/кг - 1215

Температура горения, К 2088

Коэффициент учитывающий теплопотери 0,72

Температура горения с учетом теплопотерь, К 1503

Таблица Б.3 - Температура горения топлива (Ель с влажностью 25,5 %)

Наименование компонента газа СО СО2 Н2 Н2О О2 СН4 N2 О2 N2

Процентное содержание компонента газа 10,0 5,9 11,2 9,2 0,0 0,0 63,7 21,0 79,0

Температура горения начальная/температура воздуха, К 2106 283

Удельная (массовая) теплоемкость, кДж/(кг*град) 1,304 1,365 30,712 3,844 1,245 15,119 1,468 0,963 1,056

Молярная масса, кг/кмоль 28 44 2 18 32 16 28 0,032 0,028

Объемная теплоемкость, кДж/(м *град) 1,630 2,680 1,371 3,089 1,778 10,799 1,835 1,376 1,320

Средн. объемная. теплоем-ть продуктов, кДж/(м *град) 1,928 1,332

Выход продуктов сгорания, м /кг 4,11 - -

Низшая теплота сгорания рабочего топлива, кДж/кг 13230 - -

Коэффициент избытка воздуха 1

Объем теор.необх.воздуха, м /кг 3,461 3,461

Энтальпия воздуха, подаваемого в ОВЗ, кДж/кг - 1305

Температура горения, К 2106

Коэффициент учитывающий теплопотери 0,72

Температура горения с теплопотерями, К 1517

Приложение В. Аппроксимация значений удельных теплоёмкостей продуктов

горения и газификации топлива

Эмпирическая зависимость удельной (массовой) теплоемкости от температуры имеет следующий общий вид [70, 71]:

сР = а + ЬТ + сТ2, (В.1)

где а,Ь,с - эмпирические коэффициенты, Т - температура, К. По данным автора [70] а = сРо при t = 0°С (Т = 273К).

Подставляя конкретные значения теплоемкостей из справочных данных в выражение (В.1) составляется система из трех уравнений, корнями которых будут искомые эмпирические коэффициенты.

1) Кислород 02.

По справочным данным [68]:

при Р = 1бар и Т = 273К сРо = 0,9163кДж/кг.К;

при Р = 1бар и Т = 1300К сР = 1,125кДж/кг• К; при Р = 1бар и Т = 700 К сР = 1,031кДж/кг • К.

Подставляя данные значения в выражение (В.1) получается система уравнений:

а1 = 0,9163

< 1,125 = 0,9163 +1300 Ь1 +1690000 с1 (В.2)

1,031 = 0,9163 + 700 Ь1 + 490000 с1.

Решением системы уравнений (В.2) являются коэффициенты:

а1 = 0,9163; Ь1 = 1,677 • 10-4; с1 =-5,53 • 10-9.