CC BY
21
BucTOHHu-fcBpunencKun журнал передивын TeHHunuruO ISSN 1729-S774 ■---------------------1 .:::::::::::::::::: : :х::::::: : :::: :
------------------□ □--------------------
В статті наведені результати
дослідження впливу вологості деревини на процес термічної переробки деревини у суцільному шарі в газоподібне паливо. Отримано рівняння регресії, яке може бути основою для проведення досліджуваного процесу та раціонального керування ним Ключові слова: газифікація деревини, синтез-газ, вологість деревини
□---------------------------------□
В статье приведены результаты иссле-
УДК 674.8:662.765.1
ВПЛИВ ВОЛОГОСТІ ДЕРЕВИНИ НА ПРОЦЕС ГАЗИФІКАЦІЇ ДЕРЕВИНИ У СУЦІЛЬНОМУ ШАРІ
дования влияния влажности древесины на процесс термической переработки древесины в сплошном слое в газообразное топливо. Получено уравнение регрессии, которое может быть основой для проведения исследуемого процесса и рационального управления им
Ключевые слова: газификация древесины, синтез-газ, влажность древесины
□---------------------------------------□
This paper presents the results of research of the influence humidity of wood on the process thermal recycling of wood in a continuous layer to the gaseous fuel. We obtain the regression equation, which can be the basis for the process under investigation and rational control
Keywords: gasification of wood, synthesis-gas, humidity of wood --------------------□ □------------------------
Постановка проблеми
Склад і теплотворна здатність синтез-газу, отримуваного в результаті газифікації твердого палива, можуть змінюватися в залежності від різних факторів. Основними факторами, які впливають на процес газифікації деревини, є її вологість, розміри частинок, кількість повітря, поданого в камеру газифікації і ряду інших факторів, залежних від палива, яке газифікується і параметрів газифікатора. Вихід та склад продуктів газифікації залежать не лише від властивостей вхідної сировини, але і від режиму процесу, а також конструкції газогенератора.
Аналіз останніх досліджень і публікацій
Під час газифікації більш вологої деревини вихід рідких продуктів значно зменшується, а кількість газу, навпаки, зростає. Газифікація деревини з підвищенням вологості приводить до зниження якості газу. Так наприклад, при проведенні досліджень на промисловому газогенераторі [4] під час газифікації ялинкової деревини при зміні її вологості у межах 29-43 % теплота згорання синтез-газу зменшилась з 6,45 МДж/нм3 до
С.С. Лис
Асистент
Кафедра автоматизації виробничих процесів, електротехніки і теплотехніки Національний лісотехнічний університет України вул. Ген. Чупринки, 103, м. Львів, Україна, 79057 Контактний тел.: 097-700-82-95 E-mail: [email protected]
Й. С. Мисак
Доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри Кафедра теплотехніки і теплових електричних станцій Національний університет "Львівська політехніка” вул. С.Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013 Контактний тел.: (032) 258-25-15, 096-436-80-63 E-mail: [email protected]
5,36 МДж/нм3. Погіршення якості газу пояснюється різким збільшенням вмісту в ньому СО2 (до 12-14 %) та зменшенням вмісту СО (до 16-18 %) внаслідок значного зниження температури у зоні власне газифікації. Під час газифікації сухої ялинкової тріски (W = 20 %) вихід смоли до ваги абсолютно сухої деревини склав 24,7 %, а із сирої тріски (W = 52 %) - 14 %. Вихід газу із сирої тріски 1,8 нм3/кг, а із сухої - 1,5 нм3/кг [2-4]. Оптимальна відносна вологість тріски, яка газифікується, буде складати близько 25 %. Вища теплота згорання газу із підвищенням вологості вихідної тріски понижується з 5,78 МДж/нм3 до 4,7 МДж/нм3. Доцільною є газифікація тріски із високою вологістю. Проведені досліди деяких авторів доводять можливість газифікації тріски з відносною вологістю до 60 % [2, 4].
Мета
Дослідження впливу вологості деревини та розмірів частинок подрібненої деревини, яка подається в газогенератор, а також кількості повітря на нижчу теплоту згорання синтез-газу під час газифікації суміші деревини різних порід.
3
Виклад основного матеріалу
8
<^Кіл. пов. 40 нм3/год.; розміри подр. дер. 10 мм -0-Кіл. пов. 40 нм3/год.; розміри подр. дер. 50 мм -о-Кіл. пов. 65 нм3/год.; розміри подр. дер. 30 мм -А-Кіл. пов. 90 нм3/год.; розміри подр. дер. 10 мм -■-Кіл. пов. 90 нм3/год.; розміри подр. дер. 50 мм
Для проведення експериментальних досліджень та розробки технологічного процесу термічного перероблення деревної маси в газоподібне паливо (синтез-газ) розроблено газогенератор з суцільним шаром, на який отримано патент [1].
Для проведення експериментальних досліджень використовувалися такі матеріали: суміш деревини різних порід (верба (Salix alba L.) - 1/3 маси суміші, сосна (Pinus sylvestris) -1/3; береза (Betula pendula Roth.) - 1/3).
Завдання полягало у знаходженні залежності
нижчої теплоти згорання синтез-газу від розмірів частинок суміші деревини;
кількості повітря та відносної вологості деревини під час газифікації суміші деревини різних порід.
Змінні вхідні хі фактори експериментальних досліджень процесу газифікації деревини:
• розміри частинок деревини І: 10, 30, 50 мм;
• кількість повітря, яка подається в газогенератор G: 40, 65, 90 нм3/год.;
• відносна вологість суміші деревини W: 10, 30, 50 %;
Вихідний параметр у:
• нижча теплота згорання синтез-газу Q, МДж/м3.
Встановлено, що в розробленій експериментальній
газогенераторній установці можна газифікувати деревину з відносною вологістю більше W= 50 % з високим значенням теплоти згорання синтез-газу (рис. 1). Це пояснюється тим, що гази, які утворилися під час газифікації, повторно проходять через шар розжареного палива в зоні відновлення. Якщо в зоні відновлення є водяна пара, то з високою температурою протікає реакція її конверсії, тобто
Вологість деревини W, %
- Кіл. пов. 40 нм3/год.; розміри подр. дер. 30 мм
- Кіл. пов. 65 нм3/год.; розміри подр. дер. 10 мм
- Кіл. пов. 65 нм3/год.; розміри подр. дер. 50 мм
- Кіл. пов. 90 нм3/год.; розміри подр. дер. 30 мм
Рис. 1. Залежність теплоти згорання синтез-газу від вологості суміші деревини різних
порід
У даному випадку утворюється другий горючий складник газу - водень. Таким чином, за рахунок значного вмісту водню в синтез-газі нижча теплота згорання залишається досить високою. Якщо вологість деревини буде надто високою, то якість синтез-газу знизиться за рахунок зниження температури в камері газифікації, що приведе до зниження не тільки кількості Н2 в синтез-газі, але й збільшенні СО2, тому що при низьких температурах не буде протікати гетерогенна реакція відновлення двоокису вуглецю, тобто
С + С02 2СО.
(3)
А це, в свою чергу, приведе до зниження кількості в синтез-газі, ще одного горючого газу СО.
У результаті реалізації В-плану отримано математичний опис об’єкта у вигляді поліному другого порядку, який має вигляд:
С + Н2О СО + Н2 ;
СО + Н2О СО2 + Н2 .
Рівні та інтервали змінювання факторів
(1)
(2)
Таблиця 1
Назва фактора Позначення фактора Рівні змінювання фактора Інтервал змінювання фактора
нату- ральне норма- лізоване (-1) (0) (+1)
Розміри частинок деревини, мм l Х1 10 30 50 20
Кількість повітря, нм3/год. G Х2 40 65 90 25
Вологість деревини, % W Х3 10 30 50 20
Q р = 0.8998 + 0.27185 ■ l + 0.11416 ■ G +
-^сум.дер.
+0.04415 ■ W - 0.00375 ■ І2 - 0.000832 ■ G2 --0.000675 ■ W2 - 0.00004 ■ l ■ G - 0.000025 ■ l x xW + 0.00004 ■ G ■ W
(4)
Виконано раціоналізацію процесу з метою визначення величин факторів, що забезпечують максимальне значення теплоти згорання Q = 10,4 МДж/м3 - розміри частинок деревини І = 36 мм, кількість повітря G = 68 нм3/год, відносна вологість суміші деревини W = 34 %.
Експериментальний газифікатор дозволяє газифікувати деревину, як з низькою (менше W = 10 %), так і високою відносною вологістю (більше W = 50 %), при тому, що для промислових газогенераторів з суцільним шаром вплив вологості на процес газифікації і якість синтез-газу є значний.
Е
Висновки
Рис. 2. Гістограма залежності теплоти згорання синтез-газу від кількості повітря та вологості суміші деревини при газифікації суміші деревини різних порід з розміром частинок 30 мм
Встановлено вплив вологості суміші деревини в процесі її газифікації на нижчу теплоту згорання синтез-газу. Отримано рівняння регресії, яке може бути основою для проведення досліджуваного процесу та раціонального керування ним.
Виконано раціоналізацію отриманихрезультатів з ме-тоювизначеннявеличинфакторів, що забезпечують максимальне значення теплоти згорання Q=10,4 МДж/м3. Це є раціональні розміри частинок деревини І = 36 мм, кількість повітря G = 68 нм3/год, відносна вологість деревини Wв = 34 %. Під час газифікації суміші деревини з вологістю Wв = 10 % і раціональних значеннях кількості повітря та розмірів подрібненої деревини теплота згорання синтез-газу Q = 10,04 МДж/м3, при Wв =30 %-Q =10,41 МДж/м3, при Wв = 50 % - Q = 10,25 МДж/м3.
Експериментальний газифікатор дозволяє газифікувати деревину, як з низькою, так і високою вологістю більше Wв = 50 %.
Література
Патент України №38952, МКП С107 3/00. Газогенератор. / Лис С.С., Бадера Й.С., Гнатишин Я.М.; Власник: НЛТУ України; Заявл. 08.09.2008.; Опубл. 26.01.2009, Бюл. №2.
Лямин В. А. Газификация мелкой щепы различной влажности / В. А. Лямин - Журн. “Гидролизная и лесохимическая промышленность”, № 8, 1962.
Шишко Ю.В. Енергозберігаюча технологія отримання паливного газу з біомаси та його спалювання в пічних агрегатах: Ав-тореф. дис. канд. техн. наук / Ю.В. Шишко // Нац. металург. акад. України. - Д., 2004. - С. 17.
Чалов Н. В. Влияние влажности и высоты слоя щепы в газогенераторе на выход смолы и уксусной кислоты / Н. В. Чалов -Журн. “Деревообрабатывающая и лесохимическая промышленность”, 1953. - № 12 - С. 25-34.
-------------------□ □---------------------
Проведено дослідження високо-
температурної генераторної системи наддування бака ракети-носія з РГ-i. Запропоновано оптимальні режими роботи Ключові слова: генераторна система наддування, бак з РГ-1
□-----------------------------------□
Проведены исследования высокотемпературной генераторной системы наддува бака ракеты-носителя с РГ-i. Предложены оптимальные режимы
Ключевые слова: генераторная система наддува, бак с РГ-1
□-----------------------------------□
The study of high-generator pressurization system booster tank with RP-i was done. Optimum operating conditions are given
Keywords: generator pressurization system, tank with RP-i -------------------□ □---------------------
УДК 629.7.036.5
ГЕНЕРАТОРНЫЙ НАДДУВ БАКА С РГ-1 РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ
Ю.А. Митиков
Кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой Кафедра двигателестроения Днепропетровский национальный университет им. Олеся Гончара пр. Гагарина, 72, г. Днепропетровск, Украина, 49010 Контактный тел.: 067-565-00-05 E-mail: [email protected]
Постановка проблемы в общем виде и ее связь с важными научными и практическими задачами
В настоящее время наибольшее распространение в качестве топлива двигательных установок (ДУ) ра-
кет-носителей (РН), особенно их первых ступеней, во всем мире находят жидкий кислород и углеводородное горючее типа керосин (Т-1, метан, синтин, РГ-1, в дальнейшем - РГ-1). В качестве примера достаточно привести следующие РН - «Зенит» (Украина); много-
3
