CC BY
39
УДК 674.08:662.818
В. К. Любое, В. В. Горюнов
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ ЦЕХА ПО ПРОИЗВОДСТВУ ДРЕВЕСНЫХ ГРАНУЛ
V.K. Lyubov, V. V. Goryunov ENERGY EXAMINATION OF THE WOOD GRANULES PRODUCTION SHOP
В статье рассмотрены результаты энергетического обследования основного оборудования цеха по производству древесных гранул, определена эффективность его работы, предложены мероприятия для дальнейшего комплексного повышения надежности и экономичности работы оборудования, а также мероприятия по снижению пожароопасности технологического процесса.
Древесные гранулы, топочная камера, теплогенератор, эмиссия оксидов азота и оксида углерода, пресс-гранулятор, мельница, потери теплоты, сушилка.
The paper discusses basic results of energy investigation of the wood granules production shop main equipment, evaluates its efficiency and suggests ways of increasing economic and ecological parameters of the equipment, as well as the measures for decreasing production process flammability risk.
Wood granules, combustion chamber, heat generator, emission of nitrogen oxides and carbon oxides, press granulator, grinding mill, heat losses, drying chamber.
Древесина является самым древним видом топлива, однако проблема ее эффективного сжигания до сих пор остается актуальной во всем мире. Это связано в основном с тем, что для энергетических целей используют неделовую древесину и отходы, образующиеся при ее обработке и переработке, не находящие другого применения. Данные отходы относятся к трудносжигаемым топливам ввиду высокой влажности, низкой энергетической плотности и крайне неоднородного гранулометрического состава.
Перспективным направлением облагораживания отходов переработки биомассы является их гранулирование или брикетирование. По этому пути пошли страны Скандинавии, Канада, Австрия, Германия, Франция, Италия и др., где гранулы и брикеты используются как в промышленных котельных, ТЭС, так и в быту. В настоящее время отмечается значительный рост выпуска оборудования для производства гранул.
С начала XXI в. интенсивное производство облагороженного древесного топлива началось и в России. Так, за период с 2003-го по 2008 г. производство гранул выросло более чем в 30 раз. Индустрия производства облагороженного древесного топлива в значительной степени ориентирована на экспорт, так как стоимость гранул, произведенных в РФ, составляет ~ 85 €/т (2007 г.), в то время как их цена в Западной Европе 200 - 300 €/т.
В ЗАО «Лесозавод 25» на протяжении многих лет успешно ведутся работы по комплексному
повышению эффективности энергетического использования некондиционных древесных отходов. В 2008 г. был реализован очередной этап программы комплексного использования древесного сырья, закончен монтаж и запущены в работу две линии цеха по производству древесных гранул из отходов лесопильного производства.
Смонтированные линии обеспечили производство гранул (см. рисунок) диаметром 8 мм. На каждой из них сушильный агент вырабатывается с помощью теплогенерирующих установок 1, работающих на некондиционных древесных отходах и оборудованных наклонно-переталкивающими решетками.
Существует две схемы включения теплогенераторов в технологический цикл производства гранул. В первой схеме дымовые газы напрямую поступают в отделение сушки, а во второй они проходят через теплообменник, где на сушку сырья подается нагретый воздух. В ЗАО «Лесозавод 25» реализована первая схема.
Обе схемы имеют свои достоинства и недостатки. Так, в первой достигается максимальный температурный напор между продуктами сгорания и высушиваемым сырьем, что повышает эффективность сушки. Однако высокая температура дымовых газов создает опасность возникновения пожаров. Кроме того, в процессе теплообмена происходит загрязнение высушиваемого материала золовыми частицами, а в некоторых случаях и частицами сажи, что необходимо учитывать, так
как некоторые европейские стандарты ограничивают зольность (на сухую массу) облагороженного древесного топлива до Ле1 <1,0 %.
Применение теплообменника для нагрева сушильного агента (воздуха) за счет теплоты продуктов сгорания древесного топлива позволяет устранить опасность возгорания высушиваемого материала и его загрязнение золовыми и сажистыми частицами, однако интенсивность сушки резко снижается, так как температура воздуха на входе в сушильную установку обычно не превышает 150 °С [1].
При проведении энергетического обследования основного оборудования цеха по производству древесных гранул в работе находились обе линии («А» и «Б»). Их суммарная производительность изменялась в диапазоне 6,0 - 6,7 т/ч, при этом средний расход электроэнергии на производство гранул составлял 140 кВт • ч/т. Цех оснащен автоматической системой управления процессами технологической схемы, большая часть электропривода имеет частотное регулирование производительности.
Здание цеха (размером в плане 81 х 29,5 м) имеет склад топлива объемом 50 м3 и склад сырья (V ~ 50 м3) для производства гранул. Оба склада оборудованы «живым» дном. Со склада топлива некондиционные древесные отходы цепным конвейером подаются в приемные бункеры 2 теплогенераторов (см. рисунок).
Из исходного сырья с помощью вибросита (фирмы Вгикэ) отделяется крупная фракция, после чего сырье транспортируется цепным конвейером в дозировочный бункер 3 (V ~ 2 м3) сушильных линий. Для обеспечения однородного состава исходного сырья и устранения его зависания дозировочный бункер оборудован мешалкой с электроприводом. Из бункера древесное сырье дозировочными шнеками подается в смесительные камеры, расположенные перед барабанными сушилками 4.
Топливо с помощью толкателей из вертикального бункера через загрузочное окно, расположенное на фронтовой стене, подается на колосниковую решетку топки теплогенератора. Топочная камера оборудована наклонно-переталкивающей колосниковой решеткой, состоящей из 13 рядов колосников, при этом 6 из них подвижные. Первичный воздух, забираемый из помещения цеха с помощью центробежного вентилятора, расположенного перед фронтовой стеной теплогенератора, подается под решетку позонно.
Воздух на вторичное дутье также забирается из помещения цеха и с помощью центробежного вен-
тилятора вводится в объем топочной камеры рассредоточение через сопла (12 * 2 шт.) цилиндрической формы. Сопла расположены на боковых стенах в двух горизонтальных плоскостях (6x2 шт.), находящихся на расстоянии ~ 0,2 м, и направлены встречно. Вторичный воздух обеспечивает дожигание горючих компонент топлива и позволяет минимизировать образование оксидов азота. В топочных камерах теплогенераторов реализована двухступенчатая схема сжигания топлива.
Недалеко от выходного окна топки установлены датчики для контроля температуры продуктов сгорания и разрежения в топочной камере. Через выходное окно газы поступают в камеру догорания, где разворачиваются на 90° и движутся в ее нижнюю часть, в которой совершают поворот на 180°, и далее поступают в смесительную камеру. Для подготовки сушильного агента в смесительную камеру с помощью центробежного вентилятора подается воздух, прошедший по охлаждающей «рубашке» газохода перед барабанной сушилкой и по «рубашке» золоуловителя теплогенератора.
При проведении энергетического обследования температура газов на выходе из топок теплогенераторов составляла 1120 - 1160 °С (табл.1), а их расход: 6062 - 6490 нм3/ч для линии «А» и 6411 -6726 нм3/ч - для линии «Б». Температура воздуха, подаваемого в смесительную камеру, составляла 91 - 102 °С и имела более высокие значения для линии «Б».
Очаговые остатки с наклонно-переталкивающей колосниковой решетки поступают в канал поперечного транспортера шнекового типа, после которого они подаются на поперечный цепной конвейер, расположенный под золоуловителями 5 (батарейными циклонами) теплогенераторов, и транспортируются им в сборный бункер.
Стены топочной камеры выполнены из огнеупорной шамотной обмуровки. Для обеспечения требуемой полноты выгорания горючих компонент топлива и уменьшения выноса летучей золы топочная камера оборудована камерой догорания. Система контроля температурного уровня обмуровки топочных камер отсутствует. К газоходу, подводящему к золоуловителю дымовые газы, разбавленные воздухом, присоединена индивидуальная дымовая труба 6, используемая при растопке теплогенератора и в аварийных ситуациях. При выходе теплогенератора на нормальный режим работы она отключается от газового тракта с помощью заслонки с гидравлическим приводом.
о
ю
а о
а
оа го п н Я
8 «
Л
гв 13 <т> Я О О)
<т>
а §
►1 о
1-1 о п
ь й) 13 п
н
а ф
Я Я о ►1 о
я
а <т> 13 п Я И
л н
О)
КЭ
о о М5
Технологическая схема линии гранулирования:
1 - теплогенерирующая установка; 2 - приемный бункер теплогенератора; 3 - дозировочный бункер высушиваемого сырья; 4 - барабанная сушилка; 5 - золоуловитель; 6 - дымовая труба, используемая при растопке теплогенератора; 7 - циклонный пылеуловитель; 8 - сборный бункер циклонного пылеуловителя; 9 - дымовая труба; 10 - продольный цепной конвейер; 11 - бункер сухого материала; 12 - мельница; 13 - система пневмотранспорта; 14 - приемный бункер пресс-гранулятора; 15 - пресс-гранулятор; 16 - устройство сортировки гранул
И
И
я >
¡я
н и
а
¡ь. О и
д
и
•п
и ч
Я >
Таблица
Результаты энергетического обследования линий гранулирования
Наименование величины Обозначение, размерность Линия «А» Линия «Б»
Опыт№ 1 Опыт № 2 Опыт № 5 Опыт № 6
Производительность теплогенератора б, МВт 3,48 3,43 3,64 3,80
Влажность топлива % 47,45 47,45 47,45 47,45
Зольность топлива А\ % 0,88 0,88 0,88 0,88
Низшая теплота сгорания топлива <2'), МДж/кг 9,11 9,11 9,11 9,11
Температура первичного и вторичного воздуха 18 18 18 18
Температура газов на выходе из топки ■&-Г , С 1187 1196 1160 1172
Потери теплоты: - с химнедожогом <7з, % 0,69 0,80 0,40 0,93
- с мехнедожогом <74,% 0,23 0,23 0,23 0,23
- от наружного охлаждения <75,% 1,80 1,80 1,80 1,80
Полный расход биотоплива В, т/ч 1,410 1,390 1,471 1,542
Эмиссия N0* N0*, мг/МДж 723 754 777 815
Эмиссия СО СО, мг/МДж 231 246 131 301
КПД брутто топки теплогенератора Лбр, % 97,24 97,13 97,53 97,00
Температура газов перед сушилкой а °г ^суш, ^ 551 523 533 543
Избыток воздуха в сушильном агенте С^суш 3,82 4,12 4,12 4,12
Количество сушильного агента на 1 кг сырья £?1 , КГ/КГ 2,42 2,58 2,53 2,50
Разрежение перед сушилкой <$суш , 750 700 600 650
Сопротивление барабанной сушилки Д^'суш, Па 390 440 500 470
Температура газов за сушилкой Эдя-, "С 74 73 76 79
Избыток воздуха в газах за сушилкой ОСух 4,16 4,52 4,29 4,29
Суммарные потери теплоты от наружного охлаждения установки <75,% 2,61 2,62 2,54 2,43
Влажность сырья до и после сушилки И?, % 55,3/11,81 55,3/11,81 55,3/11,76 55,3/11,76
Зольность сырья до и после сушилки АЛ,% 0,07/0,28 0,07/0,28 0,07/0,28 0,07/0,28
Выход летучих до и после сушилки уЩ 0/о 84,87/84,34 84,87/84,34 84,87/84,2 84,87/84,2
Низшая теплота сгорания сырья до и после сушилки <2, МДж/кг 7,11/16,46 7,11/16,46 7,11/16,47 7,11/16,47
Температура газов после пылеуловителя ®п.у > °С 68 67 70 73
Сопротивление пылеуловителя Д5п у, кПа 1,51 1,49 1,62 1,64
Удельный расход условного топлива на 1 т гранул в, кг у.т/т 135,6 136,4 135,9 137,4
Влажность древесных гранул % 7,58
Зольность гранул на сухую массу А а, % 0,39
Выход летучих веществ на горючую массу V*, % 83,53
Кажущаяся плотность рк, г/см3 1,237
Низшая теплота сгорания гранул б'/, МДж/кг 17,52
Очищенный в батарейном золоуловителе 5, оборудованном 49 циклонными элементами, сушильный агент поступает в смесительный участок газохода перед одноходовой сушилкой барабанного типа, где подхватывает влажное сырье и транспортирует его в сушилку 4, длина которой составляет 12,6 м, а диаметр 2,8 м. Электропривод сушильного барабана имеет частотное регулирование. Для уменьшения потерь теплоты в окружающую среду сушильная установка покрыта слоем теплоизоляции толщиной 50 мм и снаружи - металлической обшивкой.
При проведении энергетического обследования в топки теплогенераторов подавались древесные отходы, в составе которых преобладала кора (60 %) с добавкой некондиционной щепы (до 40 %). Во всех опытах сжигаемые отходы имели высокую степень неоднородности гранулометрического состава (средний коэффициент полидисперсности был равен п = 0,981, а коэффициент, характеризующий крупность состава, был равен b = 7,004 ■ 10"6). Массовая доля, приходящаяся на куски биотоплива размером > 25 мм, составляла более 87 %, влажность отходов на рабочую массу -W[ = 47,45 %; зольность - А'' = 0,88 %; низшая теплотворная способность - Qг, = 9,11 МДж/кг.
Исходное сырье для производства гранул имело повышенную влажность W[ = 55,3 %. При этом его зольность составляла Аг = 0,03 %, а низшая теплотворная способность - Q= 7,11 МДж/кг.
Анализ состояния газовых трактов теплогенераторов и сушильных установок показал, что при-сосы холодного воздуха на участке от смесительного газохода перед сушилкой до сечения на выходе из барабанной сушилки имеют более высокие значения для линии «А» (Да = 0,34 - 0,42), чем для линии «Б» (Да = 0,17 - 0,3). Аэродинамическое сопротивление сушильных установок составляло 390 - 450 Па - для линии «А» и 460 - 500 Па -для линии «Б» (табл. 1). Данное различие объясняется большей производительностью теплогенератора линии «Б» и, соответственно, большим объемом сушильного агента в данной линии.
Температура газов перед сушильными установками имела большие значения 9суш = 493 -561 °С, причем более высокие для линии «А» (табл. 1). Расход сушильного агента до смесительного газохода перед сушилкой составлял 14 457 - 16 635 нм3/ч - для линии «А» и 16 147 -21 585 нм /ч - для линии «Б». Результаты исследования прогрева, воспламенения и горения опилка [2] свидетельствуют о том, что выход летучих веществ начинается при прогреве частиц опилка до 150-170 °С, а при температуре 345 °С скорость выхода летучих веществ имеет максимальное значение. Воспламенение летучих веществ опилков может происходить при температуре -240 °С. Ис-
ходя из этого, имеющий место уровень температур газов (493 - 561 °С) перед сушильными установками не позволяет обеспечить их пожаробезо-пасность. Процесс сушки исходного сырья (опилка и стружки) сопровождается выходом летучих веществ из наиболее мелких фракций, что создает постоянную угрозу воспламенения высушиваемого материала. Следует обеспечить режимы работы сушильных установок с температурой газов не более 400 °С.
Полный расход древесных отходов на один теплогенератор при проведении балансовых опытов и суммарной производительности линий 6,0 -6,7 т/ч (гранул) составлял 1,39 - 1,542 т/ч и имел более высокие значения для линии «Б» (см. таблицу). При существующей системе автоматического регулирования режимов работы теплогенераторов расчетный расход организованно подаваемого воздуха составлял аорг ~ 1,4.
Расчетный расход первичного и вторичного воздуха в топках теплогенераторов изменялся в диапазоне 4738 - 5257 нм3/ч и имел более высокие значения для установки «Б». Учитывая отсутствие поверхностей нагрева в топках теплогенераторов и умеренную влажность топлива, процесс его горения при аорг к 1,4 сопровождался высоким уровнем температур и интенсивным образованием оксидов азота.
Расчетный расход воздуха в камеру смешения теплогенератора составлял 7800 - 8500 нм3/ч при условии, что присосы холодного воздуха в газоход и батарейный золоуловитель имеют значения, близкие к нормативным.
В сушильных установках 4 барабанного типа влажность исходного сырья снижалась с 55,3 до 11,81 %. При этом количество испаренной влаги с 1 кг сырья составляло А1¥= 0,493 кг/кг. Количество сушильного агента на 1 кг высушиваемого сырья составляло ^ = 2,345 - 2,798 кг/кг, а количество испаренной влаги ~ 1627 кг/ч. Объемный расход отработанного сушильного агента с учетом испаренной влаги изменялся в диапазоне 18 381 -25 435 нм3/ч и имел более высокие значения для установки «Б». В процессе сушки материала температура газов снижалась до = 73 -79 °С (см. таблицу). Расчетный расход отработанного сушильного агента хорошо согласуется с результатами экспериментальных замеров.
Высушенное сырье отработанным сушильным агентом транспортируется в циклонный пылеуловитель 7, где оно отделяется от газов и поступает в сборный бункер 8. Отработанный сушильный агент, температура которого снижается до 69 -70 °С, дымососом направляется в индивидуальную трубу 9 (высотой 24 м).
Исследование гранулометрического состава высушенного сырья свидетельствует о том, что степень его однородности повышается (п = 1,481 -1,568), что объясняется двумя факторами: отделением крупной фракции с помощью вибросортировки и уносом наиболее тонкой фракции в дымовую трубу. Кроме того, в процессе сушки происходит увеличение зольности сырья (А = 0,28 %) за счет летучей золы, вносимой сушильным агентом в материал, и уменьшение содержания летучих веществ, теряемых материалом в процессе сушки. При этом зольность древесного сырья на сухую массу увеличивалась ~ в 4 раза. Это увеличение было бы еще более существенным, если бы циклонный пылеуловитель улавливал частицы летучей золы размером менее 125 мкм.
Повышенный расход первичного и вторичного воздуха в топочных камерах теплогенераторов уменьшал время пребывания продуктов горения в топочном объеме, однако концентрация оксида углерода имела умеренные значения (КСо = 316 — 830 мг/нм3 при К02 = 6 %) и не превышала допустимых пределов. Оптимизация подачи первичного и вторичного воздуха откроет дополнительные возможности по снижению выбросов оксидов азота и угарного газа.
Потери теплоты с химическим недожогом топлива в исследованном диапазоне нагрузок составили д3 = 0,40 - 1,45 % (см. таблицу) и не превышали допустимых значений. КПД брутто топочных камер теплогенераторов изменялся в диапазоне Т]топки = 96,48 - 97,53 %. При определении КПД брутто топок учитывались потери теплоты от химического и механического недожога с физической теплотой шлака и провала, а также часть суммарной потери теплоты от наружного охлаждения (д5~ 1,8 %), приходящаяся на топочную камеру теплогенератора (г)ТОПки = 100 - д3 - д^- д^-- д5) (см. таблицу).
Сопротивление теплогенераторов и элементов сушильных трактов зависит от их нагрузки, характеристик сжигаемого топлива и сырья, поступающего на сушку. При проведении балансовых опытов суммарное сопротивление теплогенератора с элементами сушильного тракта изменялось в диапазоне 2,53 - 2,7 кПа. При этом загрузка дымососов и вентиляторов смесительных камер составляла 100 %, нагрузка сушильных барабанов - 50 %, вентиляторов первичного воздуха - 60 - 80 % и вентиляторов вторичного воздуха - 60 - 70 %. Сопротивление отдельных элементов составляло 520 - 670 Па - теплогенератора с батарейным золоуловителем; 390 - 500 Па - барабанной сушилки; 1,49 - 1,64 кПа- циклонного пылеотделителя.
Отсутствие средств контроля за составом газов на выходе из теплогенераторов затрудняет настройку режимов горения в их топочных камерах.
Анализ уровня скоростей сушильного агента в барабанной сушилке показал, что средняя скорость газа по ее длине изменялась в диапазоне Шт = 1,73 - 1,98 м/с, а в газоходе после циклонного пылеотделителя - Жс = 13,1 - 13,7 м/с.
Результаты исследования гранулометрического состава очаговых остатков теплогенераторов и летучей золы, отобранной из дымовой трубы, косвенно свидетельствуют о невысокой сепарацион-ной способности батарейных циклонов. Содержание горючих веществ в летучей золе, отобранной из дымовой трубы, составило ^„ = 3,53 %.
Концентрация твердой фазы в отработанном сушильном агенте после циклонных пылеуловителей имела значения 7,13 - 8,5 г/нм3. При этом расчетная степень очистки газов в пылеуловителях составила 95,48 - 96,21 % и имела более высокие значения для линии «А».
Для обеспечения высокого уровня очистки продуктов сгорания необходимо обеспечить постоянный контроль за плотностью золоуловителей и циклонных пылеотделителей, а также мест присоединения их выпускных устройств к транспортерам.
Анализ условий тепловой работы теплогенераторов и сушильных установок показал, что потери теплоты с уходящими газами, если использовать при их определении подход, принятый для котельных установок, составляют 13,27 - 15,95 % (с учетом энтальпии водяных паров, выделившихся при сушке сырья). В качестве балансового сечения использовалось сечение газохода после сушильной установки, где коэффициент избытка воздуха изменялся в диапазоне аух= 4,16 - 5,83 (см. таблицу).
Потери теплоты с механической неполнотой сгорания для теплогенераторов составляли ~ ~ 0,23 %. Низкий уровень данной потери объясняется наличием системы позонного распределения воздуха, ступенчатой схемы подачи окислителя и умеренной зольностью древесного топлива. Данные факторы обеспечили высокую полноту выгорания углеродной основы топлива (С Гщл = 4,8 %, С гун = 10,9 %). Потери с физической теплотой шлака не превышали - 0,04 %.
Потери теплоты от наружного охлаждения для теплогенератора составляли д5 ~ 1,8 %, а для всей установки, включая батарейный циклон, газоходы и барабанную сушилку, д$ = 2,43 - 2,62 % (см. таблицу). При обработке результатов балансовых опытов потери теплоты от наружного охлаждения установок определялись с учетом температур ограждающих их конструкций и температуры окружающей среды.
КПД брутто теплогенераторов и сушильных установок (с учетом батарейных циклонов и соединительных газоходов), если при его определе-
нии использовать метод обратного баланса и подход, принятый для котельных установок, изменялся в диапазоне от 79,77 до 83,16 %.
Если при определении КПД брутто установки, включающей теплогенератор, батарейный циклон, сушильную установку и соединительные газоходы, считать полезно используемой теплоту, затраченную на нагрев древесного сырья и испарение из него влаги, а подведенной теплотой — располагаемую теплоту древесных отходов, поступающих в топку теплогенератора с учетом их расхода, то тогда КПД брутто такой установки составил бы 30,93-34,31 %.
Удельный расход условного топлива на выработку 1 т гранул изменялся в диапазоне 135,56 -140,16 кг у.т/т гранул (см. таблицу).
Повышенные значения эмиссий оксидов азота Эш, = 0,708 - 0,815 г/МДж объясняются высоким избытком воздуха в топочных камерах теплогенераторов. Наладка топочного процесса с обеспечением приемлемых значений коэффициентов избытка воздуха позволит снизить эмиссию оксидов азота.
Диапазон изменения эмиссии монооксида углерода при проведении балансовых опытов составил 0,131 - 0,336 г/МДж, что является допустимым. Однако режимными методами можно снизить выбросы угарного газа и повысить экономичность процесса в целом.
Проведенные исследования показали, что теплогенераторы способны обеспечивать не только номинальную мощность (3,5 МВт), но и более высокую мощность при характеристиках биотоплива, имевших место в период обследования (см. таблицу).
Высушенное сырье (с влажностью 11,76 -11,81 %) из бункеров циклонных пылеотделителей шнековыми питателями подается на поперечный цепной конвейер закрытого типа, с которого поступает на продольный цепной конвейер 10 и транспортируется в бункер сухого материала 11 (F~ 80 м3) с «живым» дном. Далее сухой материал с помощью шнеков подается в бункер (V ~ ~ 2 м3) мельницы 12, оборудованный измерителем уровня. При входе в мельницу материал проходит магнитный сепаратор, обеспечивающий удаление металла, и фильтр-ловушку для удаления инородных примесей.
В мельнице, оборудованной сетками (2 шт.) с размером ячеек 6 мм, происходит измельчение материала. Мельница оснащена системой контроля температуры подшипников и температуры в ее камере, которая при проведении обследования составляла 42 °С.
Исходное древесное сырье после сушки (Wr < <15 %) и тонкого измельчения принято называть мукой. Из мельницы древесная мука поступает в систему пневмотранспорта 13, расход воздуха в
которой составлял 15 092 нм3/ч, а его скорость 28,5 м/с при температуре 34,5 °С. Пневмотранспорт муки осуществляется с помощью вентилятора, а ее отделение от транспортирующего агента производится с помощью циклонов НЕКС 1120, НЕКС 800 и фильтра НЕКЗхЗ фирмы Хекотек.
Отсепарированная мука с помощью цепного конвейера подается в приемные бункеры 14 (V ~ ~ 1,5 м3) пресс-грануляторов, оборудованные измерителями уровня. Из приемных бункеров древесная мука шнековыми питателями подается в смесительные камеры, где увлажняется паром (Рраб = 2-3 кг/см2, ?п п = 320 - 340 °С), поступающим с мини-ТЭЦ. Расход пара зависит от температуры муки и ее влажности. Увлажненная древесная мука поступает в рабочую камеру пресс-гранулятора 15, где она продавливается через радиальные отверстия матрицы с помощью прижимающих роликов (с водяным охлаждением), что приводит к формированию гранул. Выходящие из отверстий матрицы гранулы обламываются с помощью неподвижного ножа, падают вниз и выводятся из пресс-гранулятора.
На выходе из пресса гранулы имеют высокую температуру, поэтому цепным конвейером, оборудованным вентилятором для его очистки, они направляются с помощью элеватора в охладительную установку, где в них происходят физико-химические изменения, в результате которых они приобретают необходимую прочность и в процессе охлаждения снижается их влажность до необходимых значений. Режим охлаждения гранул определяет их прочностные свойства. Обычно из охладительной установки вместе с охлаждающим агентом выводится и часть несгранулированной муки, которая осаждается в циклоне.
После охлаждения гранулы с помощью цепного конвейера подаются на сортировку 16, где происходит отделение кондиционных гранул от крошки, которая, как и несгранулированная мука, возвращается в технологический цикл. После сортировки готовые гранулы поступают на склад.
Исследования теплотехнических характеристик древесных гранул показали, что они соответствуют требованиям зарубежных стандартов: ОШ 51731, 01Ыр1ш (Германия), О-Иогш М 7135 (Австрия), 187120 (Швеция).
Для поддержания высоких технико-экономи-ческих и экологических показателей работы линий гранулирования, а также обеспечения их пожарной безопасности необходимо организовать периодический контроль плотности всех элементов газового тракта и систем золо- и пылеулавливания, а также регулярную уборку производственных помещений.
Первоочередными мероприятиями для дальнейшего комплексного повышения эффективности работы цеха по производству гранул являются:
- обеспечение режимов работы сушильных установок с температурой газов на входе в них не более 400 °С, что позволит устранить угрозу воспламенения высушиваемого материала;
- обеспечение снижения эмиссии оксидов азота и угарного газа за счет дополнительной оптимизации топочного процесса в теплогенераторах;
- дополнение системы автоматического регулирования теплогенераторов анализатором, фиксирующим содержание монооксида углерода в сушильном агенте;
- проведение аэродинамической оптимизации узла входа отработанного сушильного агента в дымовую трубу с теплоизоляцией её стенок, выполнение тепловой изоляции корпуса пылеуловителя;
- разработка вопроса применения диспергато-ра, а также возможности использования для сушки сырья на третью линию гранулирования теплового
потенциала пара после противодавленческой турбины ТЭЦ при проведении работ по увеличению мощности цеха по выпуску гранул.
Реализация программы комплексного использования древесного сырья в ЗАО «Лесозавод 25» позволила полностью утилизировать все виды отходов, образующихся при обработке древесины, обеспечить на их основе комбинированную выработку тепловой и электрической энергии и производство экологически чистого высококалорийного топлива - древесных гранул, а также позволила повысить культуру производства и получить дополнительную прибыль.
Список литературы
1. Семенов, Ю.П. Лесная биоэнергетика: учеб. пособие / Ю.П. Семенов, Б. Хиллринг, В.К. Любов и др. — М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2008.
2. Любов, В.К. Энергетическое использование биотоплива: учеб. пособие / В.К. Любов. - Архангельск: Изд-во АГТУ, 2007.
Любов Виктор Константинович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой промышленной теплоэнергетики Архангельского государственного технического университета.
Тел.: 8 (8182) 21-61-75; 21-89-57; 22-71-50; e-mail: [email protected]
Горюнов Василий Васильевич - аспирант кафедры промышленной теплоэнергетики Архангельского государственного технического университета.
Тел.: 8 (8182) 21-61-75; 61-34-80.
Lyubov Victor Konstantinovich - Doctor of Science (Technology), Professor, Head of the Industrial Heat Power Engineering Department, Archangelsk State Technical University.
Тел.: 8 (8182) 21-61-75; 21-89-57; 22-71-50; e-mail: [email protected]
Goryunov Vasiliy Vasilievich - post-graduate student, Industrial Heat Power Engineering Department, Archangelsk State Technical University.
Тел.: 8 (8182) 21-61-75; 61-34-80.
УДК 553.601.1:536.224
Э.Н. Сабуров, А.Н. Мальцев
ФИЗИЧЕСКОЕ И ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АЭРОДИНАМИКИ ЦИКЛОННО-ВИХРЕВОЙ КАМЕРЫ
E.N. Saburov, A.N. Maltsev
PHYSICAL AND NUMERICAL MODELING OF CYCLONE TURBULENCE CHAMBER
AERODYNAMICS
Статья посвящена проблеме использования вычислительной техники для моделирования аэродинамики циклонно-вихревых устройств различного технологического назначения. При численном моделировании использован программный комплекс СБХ и широко распространенные модели турбулентности к-г и к-со. Результаты численного эксперимента сопоставлены с результатами физического эксперимента при тех же геометрических и режимных условиях. Сопоставление показало, что численное моделирование может быть с успехом использовано для исследования аэродинамики циклонно-вихревых камер.
