CC BY
45
у використанні отриманої теплоти влітку; велика вартість устаткування; низька одинична потужність існуючих теплових насосів; енергоблок жорстко зв’язаний через систему теплопостачання із споживачами.
Проте, врахування вищевказаних недоліків є предметом подальших досліджень в цьому напрямку.
Висновки
Утилізація низькопотенційного тепла відпрацьованої пари турбіни дає змогу підвищити техніко-еко-номічні та екологічні показники енергоблоків ТЕС та АЕС. Так, для енергоблоку 200МВт із застосуванням високошвидкісного парокомпресійного насосу можливо додатково використати = 270 МВт теплоти.
Література
1. Рыжкин В. Я. Тепловые электрические станции [Текст] / В.Я. Рыжкин. 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Энергия, 1976. — 448 с.
2. Пристрої для утилізації теплової енергії [Текст] : навч. посібник./ Й.С. Мисак, Я.М. Гнатишин, В.Ф. Близнюк, В.Ю. Крук.
— Львів: Видавництво Національного університету «Львівська політехніка», 2006. — 152 с.
3. Куперман Л. И. Вторичные энергоресурсы и энерготехнологическое комбинирование в промышленности [Текст] / Куперман Л. И., Романовський С. А., Сидельковский Л. Н. — К. : Вища школа, 1986. — 303с.
4. Мартыновский В.С. Циклы, схемы и характеристики термотрансформаторов [Текст] /В.С. Мартыновский; под. общ. ред. В.М.Бродянского — М. : Энергия, 1979. — 288 с.
5. Хайрих Т.С. Теплонасосные установки для отопления и гарячего водоснабжения [Текст] / Т.С. Хайрих; под. общ. ред. Б.К.Ян-веля. — М. : Стройиздат, 1985. — 351 с.
6. Морозюк Т.В. Теория холодильных машин и тепловых насосов [Текст] / Т.В. Морозюк. — Одесса: Студия «Негоциант», 2006.
— 712 с.
7. Омеляновський П.Й. Теплова енергетика - нові виклики часу [Текст] / П. Й. Омеляновський, Й. С. Мисак. — Львів: НВФ «Українські технології», 2009. — 660 с.
-------------------□ □----------------------
Досліджено особливості формування паливних гранул із використанням деревних відходів і в’яжучого органічного походження. Запропонована установка для гранулювання. Досліджено технічні характеристики отриманих гранул
Ключові слова: паливні гранули, відходи деревини, гранулювання
□------------------------------------□
Исследованы особенности формирования топливных гранул с использованием древесных отходов и связующего органического происхождения. Предложена установка для гранулирования. Исследованы технические характеристики полученных гранул
Ключевые слова: топливные гранулы, отходы древесины, гранулирование
□------------------------------------□
The features of formation of fuel pellets using wood waste and binder of organic origin was investigated. The plant for granulation was proposed. Specifications of derived granules was researched
Keywords: pellets, woods waste, granulation
-------------------□ □----------------------
Вступ
Основними первинними джерелами енергії на сьогодні є викопне паливо: кам’яне вугілля, нафта та газ.
УДК 661.2/6.001.2
ГРАНУЛЮВАННЯ ПАЛИВНИХ МАТЕРІАЛІВ
М.С. Мальований
Доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри*
Е-mail: [email protected]
Р.Я. Бать*
*Кафедра “Екології та охорони навколишнього
середовища”
Національний університет “Львівська політехніка” пл. Св. Юри, 3/4, м. Львів, Україна, 79013 Контактний тел.: (032) 258-24-53
Відомо, що Україна є енергодефіцитною державою, власні енергетичні ресурси забезпечують потреби промисловості менше ніж на 50%, а тому держава економічно залежна від країн, які забезпечують її рідким та газоподібним паливом.
У зв’язку із швидкими темпами зростання споживання енергії виникають значні проблеми щодо майбутніх додаткових джерел енергії. Існує два на-
F
прямки пошуку додаткових джерел енергії: це атомна енергетика, (енергія термоядерного синтезу) і дослідження та розвиток більш чистих видів енергії таких як сонячна, геотермальна, енергія вітру, використання біопалива.
Одним із перспективних напрямків поповнення енергетичних запасів нашої держави є раціональне використання відновлювальних джерел енергії та широке використання в промисловості та комунальному господарстві екологічно чистого біопалива на основі відходів деревини.
Відомо, що в Україні щорічно утворюється до 3 млн м3 деревних відходів, енергія яких еквівалентна 1 - 2 млрд м3 природного газу. Зараз незначна частина їх використовується як паливо для обігріву виробничих та житлових будівель, а основна частина в кращому випадку вивозиться на звалища, або висипається біля підприємств. Це призводить до виникнення несанкціонованих звалищ, які у вітряну погоду розносяться вітрами. Під час такого “захоронення” деревина починає розкладатись із виділенням парникових газів, а також приманює комах, які в свою чергу можуть стати розсадником хвороб. Єдиний шлях для подолання цієї негативної тенденції є повне використання відходів як палива. Але використання такого матеріалу як палива призводить до незручностей в процесі транспортування, дозування та зберігання. Шляхом вирішення цієї проблеми є попереднє гранулювання відходів. Гранулювання полягає в отриманні гранул, в яких за умов мінімального об’єму концентрується максимальна кількість деревної речовини, що суттєво підвищує їх корисні властивості, зокрема теплоутворюючі. Завдяки цьому також зменшується необхідні об’єми ємностей для транспортування та зберігання палива.
Постановка проблеми у загальному вигляді та її зв’язок із важливими науковими чи практичними завданнями
Метою роботи є створення паливних гранул із відходів деревини, які створюють значну екологічну загрозу. Необхідною умовою є мінімізація енергетичних затрат на створення гранул. Це досягається використанням в’яжучого органічного походження, в якому не містяться токсичні компоненти.
Аналіз останніх досліджень і публікацій
Аналіз останніх досліджень і публікацій, в яких започатковано розв’язання даної проблеми і на які спирається автор, виділення невирішених раніше частин загальної проблеми, котрим присвячується означена стаття. Гранулювання дрібнодисперсних відходів деревини здійснюють методом пресування або екструзії [1 - 3].
Механізм пресування гранул із відходів деревини полягає у наступному: спочатку відбувається ущільнення матеріалу за рахунок зменшення вільного об’єму між частинками. Подальше збільшення тиску під час пресування приводить до утворення не тільки пружних, але й пластичних деформацій, що збільшує сили міжмолекулярного зчеплення між дрібнодисперсними частинками, та відповідно міцність гранул. Щоб за-
безпечити відповідну міцність гранул процес пресування ведуть за тиску 100 - 200 МН/м2. Позитивним в пропонованому методі є відсутність в гранулах сторонніх матеріалів та елементів. Недоліком є складна конструкція, значні енергозатрати, велика вартість, неможливість використання як сировини низькосортних відходів.
З метою зменшення енергетичних затрат на виготовлення гранул та забезпечення їх високої міцності доцільно до дрібнодисперсних частинок відходів деревини додавати в’яжучі додатки. В цьому випадку аналогічну якість гранул отримують за тисків 10 - 50 МН/м2.
Ціль статті
На основі проведеного аналізу нами зроблений висновок, що найбільш вдалим є відходи целюлозно-паперового виробництва, які утворюються в процесі переробки деревини. Використання цього в’яжучого дозволяє значно знизити енергозатрати на виготовлення гранул. Також виходячи із неоднорідності сировини для формування гранул (суміш наповнювача
і в’яжучого) нами була розроблена установка для формування паливних елементів [4]. Установка наведена на рис. 1.
Установка працює за таким принципом. У завантажувальний бункер 1 подаються компоненти. Подача в’яжучого компоненту на 5% більше здійснюється з ціллю використання його надлишку для змащення рухомих частин установки. За допомогою дозуючих пристроїв 5, які розташовані в камері 6, відбувається перемішування компонентів і подача суміші на дозуючий шнек 7. Шнек 7 забезпечує попереднє стискування і рівномірну подачу маси в циліндричний корпус 2. Процес екструзійного просування до конічної частини 3 здійснюється за допомогою шнеку 8. У зв’язку
з збільшенням тиску в конічній частині 3 із суміші виділяється рідкий компонент. Для його видалення передбачений дренажний отвір 9. В подальшому суміш поступає у фільєру 10, де відбувається формування гранул. Регулювання довжини гранул проводиться завдяки ріжучому пристрою 4.
Рис. 1. Схема установки для формування паливних матеріалів
З
Формування гранули і забезпечення її міцності відбувається у конусній частині, яка показана на рис. 2.
Рис. 2. Схема розподілу тиску вздовж конічної частини корпусу
Забезпечити рівномірний розподіл компонентів в процесі змішування в’яжучого та органічної сировини є надзвичайно складним процесом внаслідок невеликої кількості в’яжучого компоненту, його високої в’язкості та гігроскопічності деревних відходів. Неоднорідність суміші призводить до погіршення якості паливних гранул, їх крихкості як у місцях надлишку в’яжучого, так і в місцях його недостатку. Збільшення кількості в’яжучого призводить до погіршення якості одержаних гранул, зокрема зменшує їх міцність.
Оснащення конічної частини корпусу дренажним отвором забезпечує видалення частини рідкого в’яжучого компоненту із суміші. Внаслідок зростання тиску в конічній частині корпусу рідкий в’яжучий компонент рівномірно розподіляється між дрібнодисперсними частинками деревних відходів, а його надлишок видаляється через дренажний отвір, що забезпечує високу міцність одержаних гранул та зменшує їх крихкість.
Надлишок рідкого в’яжучого компоненту зменшує тертя між сумішшю і робочими органами установки, що сприяє зниженню питомих витрат енергії на процес гранулювання, а також продовжує термін експлуатації обладнання.
Виконання дренажних отворів на конічній частині дозволяє видаляти надлишок в’яжучого компоненту із суміші.
Загальний вигляд утворених гранул зображений на рис. 3.
Рис. 3. Вигляд паливних гранул
Нами визначались теплотворна здатність летких компонентів та зольність гранул. Результати досліджень представлені на рис. 4 та рис. 5.
Аналіз даних, представлених на рис. 4 дозволяє зробити висновок про те, що із додаванням в’яжучого компоненту теплотворна здатність гранули зростає.
Основним компонентом, який забезпечує зростання теплотворної здатності композиції, є в’яжуче. Так теплотворна здатність в’яжучого становить 15,4 МДж/кг, а наповнювача - 17,9 МДж/кг.
Аналіз даних, представлених на рис.5, дозволяє зробити висновок про те, що із додаванням в’яжучої речовини зольність заростає.
Так зольність деревних відходів становить 4%, а в’яжучого компонента - 8,34%. Із зростанням концентрації в’яжучого компоненту зольність збільшується.
30 ті——————————
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Відсотковий вміст в'яжучого. %
Рис. 4. Залежність теплотворної здатності від процентного вмісту в’яжучої речовини
8 т------------------------------------7
4 У.......І -І-----
0 4 8 12 16 20
Відсотковий вміст в’яжучого компонента. %
Рис. 5. Зміна зольності із додаванням в’яжучої речовини
Нами досліджувались також закономірності зміни в утворених гранулах летких компонентів та коксового залишку. Результати цих досліджень представлені на рис. 6. та рис. 7.
£
Як видно із рис. 6. відсотковий вміст летких компонентів зростає із додаванням в’яжучої речовини.
Це пояснюється тим, що в’яжуча речовина має більшу концентрацію летких компонентів, внаслідок чого підвищується вміст летких компонентів у композиції в цілому.
Із рис. 7. видно, що із додаванням в’яжучого вміст коксового залишку зменшується. Це пояснюється більшою здатністю до коксування наповнювача, ніж в’яжучого.
67“ 1 1 ’ І 1 І 1 І І І 11 І 1 1 І 1 Iі 1 І 11 І"-"ГТ■ !Т: :■■ ■!■
0 4 8 12 16 20
Відсонший вміст вяжучого компонента, %
Рис. 6. Зміна летких компонентів із додаванням в’яжучої речовини
17
сх
п 10-...........'і і..........................*....
0 4 8 12 16 20
Відсотковий вміст в’яжучого компонента, %
Рис. 7. Зміна коксового залишку додаванням в’яжучої речовини
Висновки
Виходячи із вище наведеного, можна говорити, про ефективне використання паливних гранул для зменшення використання вичерпних видів палива. Нами встановлено, що виготовлені паливні гранули не відповідають нормативним вимогам до таких продуктів, які встановлені вимогами Євросоюзу. Але завдяки приведеним вище високим технічним показникам, вони можуть з успіхом використовуватись для забезпечення місцевих енергетичних потреб.
Література
1. Модин, Н.А. Брикетирование древесины и древесной кори / Н.А. Модин, А.Н. Ерошкин. - М. : Наука,1971. - с.59
2. Соуфера, С.Ю. Биомасса как источник энергии / Под ред., С.Ю. Соуфера О. Заборски - М. : Мир, 1985 - 368с.
3. Гелетуха, Г.Г. /Обзор современых технологий сжигания древесины с целью выроботки тепла и электроэнергии/ Г.Г. Гелетуха, Т.А. Железная //Журн. Экотехнологии и ресурсосбережение. - 1999. - №5. - с. 3-12
4. Установка для формування паливних матеріалів [Текст] пат. №21200 В30 В11/22 C10L 5/40 / Мальований М.С., Бать Р.Я.; заявлено 21.04.2006; опубл. 15.03.2007. - Бюл.№3.
З
