Содержание к диссертации

Введение

Глава I. Обоснование главных принципов понижения цены производства пеллет .

1.1. Анализ методов подготовки твердого биотоплива для сжигания в теплогенерирующих установках.

1.2 Гранулирование (пеллетирование) — как метод переработки твердого биотоплива .

1.3 Методы понижения издержек на подготовку твердого биотоплива к сжиганию.

1.4 Предпосылки роста цены конечной продукции в технологическом цикле производства пеллет.

Выводы по первой главе. 22

Глава II. Разработка мобильной энергоавтономной установки по производству пеллет

2.1 Общая структура энергоавтономной установки, использующей генераторный газ.

2.2 Обзор конструкции газогенераторов 25

2.3 Принципная схема энергоавтономной установки мобильного базирования для производства пеллет

2.4 Агрегатирование установки по шасси. 32

2.4.1 Шасси №1. Рубильная машина 32

2.4.2 Шасси №2. Барабанная сушилка, молотковая молотилка.

2.4.3 Шасси №3 Теплогенератор и камера смешения. 34

2.4.4 Шасси №4 Энергоблок

2.4.5 Шасси №5 Пресс-гранулятор. Нория. 46

2.5 Энергосберегающие решения в установке по производству энергопеллет

2.6 Обоснование расчетной производительности установки. 48

Выводы по 2-ой главе 50

Глава III. Разработка способа расчета мобильной энергоавтономной установки для производства пеллет .

3.1 Общий метод расчета 52

3.2 Блок «Состав сырья» 54

3.3 Блок «Расчет состава генераторного газа» 55

3.4 Блок «Расчет состава дымовых газов» 62

3.5 Блок «Расчет мотора» 64

3.6 Блок «Ввод данных по барабанной сушилке» 65

3.7 Блок «Расчет барабанной сушилки» 66

3.8 Блок «Расчет характеристик сушильного агента» 68

3.9 Блок «Задание характеристик для расчета теплообменнику». 69

3.10 Блок «Расчет теплообменника». 69

3.11. Блок «Расчет газогенератора». 75

3.12. Блок «Расчет двухпроводной горелки на генераторном газе». 79

3.13 Блок «Расчет конструктивных характеристик теплогенератора» 94

Выводы по главе III 99

Глава IV. Результаты расчета, конструирования и функционально-стоимостного анализа установки производительностью 1000 кг/час пеллет .

4.1 Схемы движения рабочих тел и энергии в установке 100

4.2 Конструктивное выполнение установка производительностью 1000 кг/ч пеллет

4.3 Функционально-стоимостной анализ установки по производству энергопеллет

Выводы по главе IV.

Заключение

Библиографический перечень

• Гранулирование (пеллетирование) — как метод переработки твердого биотоплива
• Принципная схема энергоавтономной установки мобильного базирования для производства пеллет
• Конструктивное выполнение установка производительностью 1000 кг/ч пеллет
• Функционально-стоимостной анализ установки по производству энергопеллет

Введение к работе

Объект исследованя

Разработка гранулирования (пеллетирования) биотоплива довольно обширно используется при его использовании в отопительных целях. Это обосновано тем, что пеллеты имеют ряд преимуществ перед другим биотопливом (например, топливной щепой, опилом либо торфобрикетами). Эти достоинства делятся на две группы. 1-ая группа — это удобство хранения. Древесные пеллеты из-за, их высочайшей теплоты сгорания нуждаются в более наименьшем объеме для хранения чем другие биогенные твердые горючего, что позволяет сделать припас горючего для всего отопительного периода. В то же время пеллеты, из-за их высочайшей плотности, малой обскурантистской поверхности и защитной гидростойкой пленки из лигнина, совсем не страшатся самовоспламенения, в то время, как при использовании щепы либо опила, самовоспламенение является большой неувязкой. 2-ая группа преимуществ — это транспортабельность пеллет. Пеллеты являются нормированным по размеру и массе сыпучим топливом, что позволяет использовать автоматические систем топливоподачи. При всем этом надежность данных систем сравнима с аналогичным на дизтопливе либо природном газе, в то время как системы на щепе либо опиле требуют неизменного контроля со стороны обслуживающего персонала [58].

К этому следует добавить, что после подписания Россией интернационального соглашения по сокращению выбросов парниковых газов (Киотский протокол) [52,53,54,55,89], толика гранулированного биотоплива (пеллет) в топливном балансе страны должен будет повышаться [59,83,91]. Это связано с тем, что пеллеты являются экологически более неопасным топливом. Во-1-х, пеллеты в противоположность ископаемым энергоэлементам, С02 — нейтральны. Это значит, что сгорание пеллет высвобождает такую массу диоксида углерода, которое ранее при росте дерева

было взято из атмосферы (замкнутая циркуляция углерода). При сгорании ископаемых топлив напротив высвобождается диоксид углерода, который был накоплен ранее. Это высвобождение ведет к увеличению С02-содержания в нашей атмосфере и, как следствие, к повышению парникового эффекта. Во-2-х, вместе с уменьшением выбросов диоксида углерода при сжигании пеллет уменьшаются выбросы диоксида серы S02. Потому что этот газ образует кислотные дождики, то применение пеллет в качестве горючего позволяет защитить природу от повреждений, наносимых кислотой. В-3-х, экологические транспортные опасности для пеллет очень малы. Загрязнение среды, вследствие аварий танкера либо прорывов в трубопроводе, отсутствует при использовании пеллет как горючего [80]. Также опасность взрывов, пожаров и загрязнений подземных вод на складах пеллет значительно меньше, чем на складах углеводородного горючего.

Не считая того, в связи с истощением припасов углеводородного горючего, возобновляемые виды топлив начинают играть все огромную и огромную роль в топливном балансе большинства государств [14,18,21,30,42], при всем этом биотопливо является одним из более многообещающих [22,40,71,72,7378,84,86]. Русская федерация в этом плане не является исключением [23,26,31,44].

Короткая история развития технологии производства и использования пеллет

Процесс брикетирования горючего предложен в 30-х гг. XIX века русским инженером А. П. Вешняковым, который разработал способ получения крепких брикетов из отходов древесного и каменного угля, назвав этот вид горючего карболеином. В 1858 в Германии пущена 1-ая буроугольная брикетная фабрика, а в 1860 — каменноугольная с вальцевыми прессами. Более ранешние способы производства и внедрения фактически пеллет (гранул) появились в 20х годах ХХвека в США, разработчиком которых являлся Руди Гуннерман [66]. Но, общее внедрение пеллет в качестве горючего так и не было достигнуто. Способы производств и сжигания пеллет были недостаточно

7 эффективны, дальше их оборвала II глобальная война, а после войны доступная нефть и приближающийся атомный век, казалось бы, поставили крест на использовании биомассы в качестве горючего. Но нефтяной кризис 70х годов показал, что это не так.

Были выделены значимые суммы на разработку топливных технологий, других обычным нефти и газу, что вызвало всплеск творчество исследователей и конструкторов. Это привело к созданию и внедрению в создание технологии производства и сжигания пеллет для энергетических целей. 1-ая фабрика пеллет была сооружена в Броунвилле (штат Орегон, США) уже к середине 70х годов. Тогда пеллеты выполнялись только «промышленного» класса, длиной более 70 мм, для энергетических котлов и больших отопительных котельных. В след
ующие годы разработка производства пеллет развивалась далее, но все еще только для промышленных нужд. Меж 1977 и 1983 годом было выстроено более чем 20 больших пеллетных производств в США, в главном для обеспечения топливом ТЭС. В 1984 году Витфилд предлагает конструкцию отпительного котла-камина для личного дома, работающего на пеллетах. Данный котел имел полную автоматизацию и высочайший КПД, что позволяло ему соперничать с котлами на природном газе и водянистом печном горючем [2]. Данное изобретение позволило пеллетам прорваться на рынок горючего для личных домов, что не замедлило сказаться на технологии их производства. Появились технологии, дозволяющие создавать так именуемые «пеллеты 1 класса», предназначенные специально для личных домов. Они отличаются наименьшими размерами, также более высочайшими требования к составу и качеству, при их сжигании количество вредных веществ в дымовых газах мало. Сразу с этим, технологии производства и внедрения пеллет развиваются в Европе. Те страны, у каких внедрение данного горючее было исторически обосновано, использовали его ранее, другие позднее. Швеция и Дания были европейскими форейторами.

8 В Швеции 1-ые пеллеты выполнялись уже в 1982 году, очевидно, как и в США только для промышленного внедрения и огромных отопительных котельных. Зачинателем его использования в Швеции был Ян Ерик Дальстром, который много сделал для популяризации данного вида горючего. В течении 1984-1990 годов, Швеция, после введения в стране закона о выбросах СО2, была мировым фаворитом в секторе пеллет для огромных электрических станций,. В текущее время, в котлах суммарной мощностью 3100 МВт в Швеции сжигается раз в год больше чем 200000т пеллет. Правительственной программкой Швеции предвидено прирастить потребление пеллет до 7 млн. тонн в год уже к 2010 году. К другим большим потребителям пеллет в Европе относятся Австрия, Германия, также Италия. Соответственно в данных странноватых также развито создание установок по изготовлению пеллет. Русские и русские разработки по сжиганию биотоплива были ориентированы в главном на утилизацию отходов лесной индустрии и предугадывали, в главном, сжигание непереработаного биотоплива [51,61,78]

Современное состояние

Укрупненная технологическая схема производства пеллет представлена на рисунке 1. Набросок I. Технологическая схем производства пеллет

1. Подогреватель воздуха; 2. Материалопровод; 3. Молотилка молотковая; 4. Барабан сушильный; 5. Батарейный циклон; 6. Вентилятор; 7. Пресс-гранулятор; 8. Охладитель-просеиватель гранул

9
На стадии подготовки сырья щепа, опил, кора, стружка подаются в молотковую
молотилку, установленную над загрузочным устройством материалопровода.
Размельченное сырье по материалопроводу попадает в камеру сушильного
агрегата. Отбор лишней воды осуществляется жарким воздухом,
выработанным теплогенератором. Дальше размельченный и высушенный продукт
по пневмотранспорту поступает в батарейный циклон, где происходит
разделение высушенного материала и теплоносителя. Отработанный
теплоноситель выбрасывается в атмосферу, а высушенный материал подается
на питающее устройство пресса-гранулятора непрерывного деяния.
Питающее устройство пресса-гранулятора направляет размельченные и
высушенные древесные отходы во внутреннюю полость вращающейся
матрицы, имеющей отверстия, в каких происходит формирование гранул
давлением, сделанным при прохождении продукта меж матрицей и
роликами, вращающимися на эксцентриковых осях.

Через выходное отверстие пресса-гранулятора готовые гранулки попадают на охлаждающий транспортер — просеиватель, где происходит остывание и чистка гранул от маленькой фракции. Маленькая фракция, собранная пылеулавливающей установкой, подается назад в бункер над прессом-гранулятором, делая процесс непрерывным и безотходным. Очищенные и остывшие гранулки попадают в тару для упаковки и транспортировки к месту хранения. Современные русские технологии по сжиганию биотоплива употребляют или вышеуказаную технологию, или способы сжигания непереработного горючего (щепа, кусковая древесная порода) [49,62,74,86,99] Недочеты современных технологий пеллетирования.

Малая распространенность пеллет связана с их довольно высочайшей ценой. Это связано с рядом недочетов классической технологии пеллетирования. Во-1-х, стационарное создание пеллет имеет высочайшие транспортные расходы на перевозку сырья. Во вторых, после выработки всего сырья в границах экономически обоснованного р
адиуса деяния завод должен

10 или демонтироваться, или перевозится на другое место. В-3-х, разработка пеллетирования просит употребления посторонней электроэнергии иди природного газа, что составляет от 30 до 50 % себестоимости пеллет. Цель диссертационной работы

Научное обоснование разработки автономной установки по производству пеллет с энергообеспечением от перерабатываемого сырья, позволяющей понизить цена их производства. Признаки предмета исследования и его определение

Диссертационная работа ориентирована на уменьшение себестоимости гранулированного горючего, за счет разработки технологии производства пеллет с энергообеспечением от перерабатываемого сырья и понижения транспортных расходов, также на разработку математической модели по движению рабочих тел и энергии в разработанной технологии. Предметом исследования является энергообеспечение технологии производства пеллет за счет перерабатываемого сырья.

Формулировка научной трудности

Научное обоснование разработки автономной установки по производству пеллет с энергообеспечением от перерабатываемого сырья Направления исследовательских работ

Поиск путей увеличения эффективности установок по производству пеллет на основании анализа состояния вопросов теории и практики их проектирования, современных тенденций развития

Поиск и разработка новых технических решений установок по производству пеллет.

Развитие теоретических положений по расчету и проектированию предложенной установки по производству пеллет с энергообеспечением от перерабатываемого сырья. Предполагаемые способы исследовательских работ

в работе применены эмпирические и теоретические способы исследования. Решения задач базируются на узнаваемых теоретических положениях физико-химических основ горения, механики жидкостей и газов, математического моделирования и деталей машин. Инструкция диссертации

В первой главе приведен аналитический обзор современного состояния вопроса по разработке установок для переработки отходов лесной, торфодобывающей, и сельхоз-перерабатывающей индустрии. Показано, что пеллетирование (гранулирование) являются более прогрессивным методом переработки горючей биомассы в горючее для отопительных целей. Приведен технико-экономический анализ технологии производства пеллет. Рассмотрены трудности транспортировки начального сырья и конечной продукции, также источники обеспечения технологии тепло-энергоносителями. В поисковом результате были сформулированы два главных принципа понижения цены производства пеллет: мобильность и автономное энергообеспечение.

Во 2-ой главе приведены поисковые результаты способов реализации данных принципов. Мобильность обеспечивается размещением агрегатов установки на транспортных носителях, в качестве которых, как более рациональные, приняты авто шасси. В качестве источника автономного энергообеспечения был избран генераторный газ. Было проанализировано современное состояние вопроса проектирования и производства газогенераторов. Для проектируемой установки был избран слоевой газогенератор обращенного типа. Предложена общая структура установки по производству пеллет, реализованная в патенте №55774 «Установка переработки биотоплива» от 28.03.2006, (патентообладатель ГОУ ВПО «Ижевский Муниципальный Технический Университет», создатели В.Н.Диденко, Д.А. Плотников.). Также представлены результаты мобильного варианта реализации этой структуры с агрегатированием по шасси. Приводятся

12 результаты определения хорошей производительности установки мобильного базирования.

В третьей главе излагается способ расчета установки в виде общего метода и личных методик по расчету отдельных агрегатов установки. В четвертой главе представлены результаты внедрения разработанного способа для проектирования мобильной установки по производству пеллет.

На защиту выносятся:

Результата анализа современного состояния вопроса по разработке установок по переработке в горючее отходов лесной индустрии, торфодобывающей индустрии, и с/х перерабатывающей индустрии, результаты технико-экономического анализа технологии производства пеллет, поисковые результаты главных принципов понижения цены производства пеллет.

Разработаыые общая структура и принципная схема установки для производства пеллет с энергообеспечением от перерабатываемого сырья, также результаты обоснования хорошей производительности предлагаемой установки

Разработанный с
пособ расчета установки.

Конструктивные решения агрегатов установки для производства пеллет мобильного базирования с автономным энергообеспечением от перерабатываемого сырья и технико-экономическая оценка ее эффективности.

Благодарности

Научным управляющим данной работы является д.т.н., проф. В.Н. Диденко и ему создатель выражает необыкновенную признательность за всестороннюю помощь. Диссертация подготовлена на кафедре «Теплогенерирующие установки и газоснабжение» ГОУ ВПО ИжГТУ, создатель выражает благодарность всему коллективу, в особенности заведующей кафедрой к.т.н., доц. О.И. Варфоломеевой.

13 Создатель от всей души благодарен к.т.н., доц. Д.Н. Попову за консультации по программным способам расчета и Д.А Хворенкову за проявленный энтузиазм к работе. Создатель рад случаю поблагодарить собственных родных и близких за осознание и поддержку.

Гранулирование (пеллетирование) — как метод переработки твердого биотоплива

Более глубочайшим способом переработки биотоплива является гранулирование, при котором нормируется как фракционный состав, так и влажность. Но данный способ является и более дорогим. Пеллеты имеют последующие достоинства по сопоставлению с другими видами биотоплива [3,6,12]: — высочайшая плотность 1200 кг/м (насыпная 630 кг/м ), что обеспечивает понижение объемов перевозок и складов для хранения — нормируемая влажность, наименее 12%, при всем этом поверхностный слой лигнина препятствует набору воды из воздуха — нормируемый размер, что обеспечивает надежность работы систем топливоподачи — отсутствие воздушных пор, что ликвидирует возможность самовозгорания — высочайшая пожаробезопасность, так как для розжига пеллет требуется долгое температурное воздействие (сопоставимо с углем). Понижение транспортных расходов Российский уровень лесопользования рассчитывался исходя из общей площади зрелых и перестойных лесов так, чтоб гарантировать устойчивые объемы заготовок в течение первых 20-30 лет освоения массивов первозданной тайги. В итоге, фронт освоения нетронутых лесов уже 70 лет уходит все далее от больших промышленных центров с развитой инфраструктурой [95].

В силу специфичности географических критерий, различий в климате и рельефе местности, неодинакового экономического потенциала отдельных районов и лесосырьевых баз современного фронта освоения нетронутых лесов, толика роли авто транспорта в общем объеме транспортировки леса составляет 87%. В конечном счете, это выливается в 70% себестоимости древесной породы [95]. Вследствие этого вывозка неподготовленного биотоплива конкретно с лесосеки, почти всегда оказывается экономически нерентабельной, так как перевозимое биотопливо обязано иметь наименьшую влажность и наивысшую плотность.

Для сжигания биотоплива оптимальна, так именуемая, воздушно-сухая влажность, составляющая 12%. Влажность свежесрубленной древесной породы составляет от 70 до 91 % [95], в случае летней просушки влажность можно понизить до 40%.. Транспортировка этой дополнительной воды является нерентабельной. Не считая того, как было сказано выше, коэффициент полнодревесности для технологической щепы составляет 0,36 [36], другими словами 2/3 объема перевозки щепы — это воздух.

Производительность лесовозного автотранспорта и себестоимость вывозки леса впрямую зависят от таких характеристик, как грузоподъемность тс, коэффициент использования пробега, длительность простоя лесовозного транспорта при погрузочно-разгрузочных работах, также от технической скорости транспорта [60].

Вывозка леса осуществляется в различных критериях, потому характеристики работы лесовозного транспорта даже 1-го предприятия могут быть разными. Вывозка осуществляется по различным маршрутам, на разные расстояния и с разными техническими скоростями.

Наибольшее воздействие на условную удельную производительность оказывают средняя скорость движения лесовозного автотранспорта, масса перевозимого 17 груза, удельный расход горючего, степень комфортности рабочего места водителя, приспособленность автотранспорта к погрузочно-разгрузочным работам, техническому обслуживанию и ремонту [95].

Таким макаром, перевозимое биотопливо обязано иметь наименьшую влажность и наивысшую плотность, а установки по его переработке должны быть очень приближены к местам скопления сырья.

Более всераспространенным видом твердого биотоплива на истинное время является топливная щепа. Вывозка щепы конкретно с лесосеки, до недавнешнего времени была не всегда оправдана с экономической точки зрения из-за отсутствия гарантированного сбыта и малого уровня организации, диспетчеризации и концентрации работ, в особенности на рубках ухода. Большущее воздействие в последнем случае имеет также внедрение устаревшего парка низкопроизводительных передвижных рубильных машин и раздробленности лесных участков. Из-за этого появляются долгие простои автощеповозов в ожидании и во время погрузки технологической щепы, также дополнительные трудовые и вещественные издержки при невозможности использования сменных прицепов.

С ратификацией Киотского контракта сформировался рынок топливной биомассы, цена которой на фоне активно дорожающих нефтепродуктов становится все более применимой для экспортных поставок. Сдерживающими факторами роста использования древесных отходов для энергетических целей являются не только лишь несовершенство технически