Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Совершенствование техники и технологии процесса газификации высоковлажных отходов. Монография
.pdf
Путем вариации скорости подачи топлива питателями в
объеме узла загрузки осуществляется регулировка мощности
газификатора. При необходимости работа может быть прекращена
практически мгновенно. Поскольку единственными движущимися
частями газогенератора являются подающие устройства, установка
является износоустойчивой и техническое обслуживание в процессе
эксплуатации сводится к минимуму.
Благодаря высокой температуре процесса (1000°С) достигается
высокая степень превращения углерода, причем все органические
вещества переходят только в газообразные продукты и при их
охлаждении не выделяется смола, что упрощает очистку газа.
В качестве системы пылегазоочистки генераторного газа могут
быть применены циклоны, фильтры, скрубберы. При выборе такого
оборудования необходимо учитывать высокую температуру, давление
и состав генераторного газа. Золу, полученную при газификации
древесных отходов, можно использовать для производства
строительного сырья.
Системы подготовки топлива на основе газификации в данном
генераторе могут быть легко включены в технологические схемы с
уже имеющейся системой топливоприготовления и пылегазоочистки,
что снижает затраты на внедрение и обслуживание данной
технологии.
4.4. Анализ экономической эффективности внедрения
промышленной установки
Оценка конкурентоспособности разработанного
газогенератора может быть проведена с использованием техникоэкономических показателей, которые зависят в основном от
стоимости исходного сырья (древесных отходов). Основным
обобщающим технико-экономическим показателем, отражающим
эффективность работы установки в целом, является себестоимость
производства генераторного газа.
Изначально было определено, что газогенератор разработан
для газификации влажного топлива, т.е. отходов древесины
влажностью более 40%. Поэтому для оценки технико-экономического
потенциала технологии необходимо рассчитать тепловые и
материальные балансы, которые были рассмотрены в п. 4.2.
71
При оценке экономической эффективности технологии
учитываются следующие моменты:
- затраты на эксплуатацию установки будут включать только
заработную плату рабочим, так как электрическая энергия для
приводов подается от автономных аккумуляторов;
- для обслуживания установки требуется единовременно один
человек, при трехсменном режиме работы и заработной плате
15000 руб. фонд заработной платы составит 45 тыс.руб. в месяц;
- товарным продуктом газогенератора является генераторный
газ;
- принимаем, что стоимость сырья равна нулю, поскольку в
настоящее время большая часть отходов деревообрабатывающих
предприятий выбрасывается, а отходы лесозаготовок просто
собираются в кучу и захламляют леса.
В расчетах в качестве топлива для газификации используется
щепа технологическая, характеристики которой приведены в табл. 4.2.
В качестве окислителя выступает воздух.
4.2
Характеристики Значение
Размер частиц, мм Толщина – 30, длина - 60
Расход исходного сырья, кг/ч 130
Состав сырья, %;
С 39,0
Н 4,68
О 34,32
Зольность сырья, % 2
Влажность сырья, % 20
72
3
4.3
Характеристики Значение
Расход, м3/ч 0,909
Плотность, кг/м3 0,6
Теплотворная способность, кДж/м3
Состав, %
СО 29,5
Н2 67,81
СН4 0,509
СО2 0,94
N2 0,15
Расчет экономической эффективности внедряемой установки
выполнялся в соответствии с принятыми методиками [86, 102].
Основные результаты расчета представлены в табл. 4.4.
4.4
-
Наименование показателей Значение
Технические характеристики оборудования
(объем, вес)
Производительность оборудования часовая
(сменная)
Эксплуатационные затраты (себестоимость)
на единицу продукции, руб.
Количество обслуживающего персонала, чел. 2
Среднемесячная заработная плата, руб. 15000
Срок окупаемости капитальных вложений 1,5
Проведенные теоретические и экспериментальные
исследования процесса газификации влажных древесных отходов
позволили определить потенциальные пути развития процесса. В ходе
проектных работ был разработан, а впоследствии и изготовлен
газогенератор [88]. Проведенный технико-экономический анализ
разработанного оборудования показал экономическую
целесообразность его применения при переработке отходов
73
Vоб = 0,01542 м
М = 119,0424 кг
8 часов в 3 смены
440594,1
лесопромышленного комплекса и низкокачественной древесины
даже при небольших производительностях.
74
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящее время процессы, происходящие на производстве
ЛПК, требуют больших энергетических затрат, что выражается и в
денежном эквиваленте. В качестве альтернативных источников
энергии не стоит забывать про древесину как возобновляемый ресурс,
древесные отходы и отходы деревообрабатывающих предприятий,
рациональное использование которых позволит добиться
существенного экономического эффекта. Также многие предприятия
лесного хозяйства в силу постоянного недостатка оборотных средств
либо по причине отдаленности месторасположения испытывают
сложности в снабжении бытовым газом.
Результат обзора существующего оборудования и
технологических схем термохимической переработки обозначил
основное направление переработки древесных отходов, позволяющее
получить генераторный газ. Газификация – наиболее оптимальный
способ переработки древесных отходов по сравнению с
традиционным сжиганием, не влияющий на экологическую
обстановку. Реализация данной технологии позволит конкретному
предприятию, с одной стороны, избежать столь острой проблемы
снабжения генераторным газом, с другой - постепенно ликвидировать
запасы неиспользуемых, зачастую гниющих древесных отходов путем
их экологически чистой переработки и полной термической
утилизации.
Данная работа содержит научно обоснованные технические и
технологические решения, направленные на эффективную
переработку влажных древесных отходов методом газификации. В
работе представлена математическая модель процесса газификации
влажных древесных отходов и рассмотрены основные
конструктивные параметры установки.
С целью физического моделирования процесса газификации
влажных древесных отходов разработана и изготовлена
экспериментальная установка. На основе обобщения проведенных
исследований разработана инженерная методика расчета
газогенератора, на основе которой разработана опытнопромышленная установка, принятая к внедрению на ЗАО «Ласкрафт».
Экономический анализ показал, что реальный годовой экономический
эффект от внедрения установки составил 1400 тысяч рублей в год.
75
Условные обозначения
τ – время, с;
h – высота, м.;
j – поток вещества, кг/(м2·с);
f – удельная поверхность, м2/м3;
ρ – плотность, кг/м3;
ε– коэффициент парообразования;
ω – скорость, м/с;
L – массовый расход газа, кг/с;
Т – температура, K;
q – удельная тепловая энергия, Дж/м2·с;
c – удельная теплоёмкость Дж/кг·К;
U – влагосодержание, %;
Г – параметр, зависящий от формы частиц;
aм – коэффициент массопроводности, м2/c;
δ – относительный коэффициент термодиффузии, %/°С;
λ – коэффициент теплопроводности. Вт/(м·К);
P – давление, Па;
φ – относительная влажность, %;
p– парциальное давление, Па;
β – коэффициент массоотдачи, м/с;
α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2·К);
r – скрытая теплота парообразования, Дж/кг;
S – площадь сечения бункера, м2;
Gв – удельный расход воздуха, кг/кг;
R – универсальная газовая постоянная, Дж/(моль· К);
M – молярная масса, г/моль;
А – зольность, %;
α` - коэффициент избытка воздуха;
N – мощность, Вт;
Qн – низшая теплота сгорания, Дж/кг;
Re – критерий Рейнольдса;
Pr – критерий Прантля;
Nu – критерий Нюсельта;
V –
объем, м3;
F – площадь поверхность, м2;
d – диаметр, м;
76
э – эквивалентный диаметр, м;
d
V0 – объем дутьевого воздуха, м3;
m – удельная масса вещества, кг/м3;
Кр – коэффициент молярного переноса, с;
k – константа скорости химической реакции, с-1;
k0 – кинетическая константа реакции, с-1;
γ – доля компонента;
η – степень пиролиза %;
с – концентрация вещества, моль/м3;
µ – динамическая вязкость, Па·с;
К – газовая проницаемость м2;
g – массовый расход, кг/с;
ξ - длина участка капилляра, м;
G – объемный расход, м3/с;
Е – энергия активации, Дж/моль;
С – концентрация вещества, моль/м3;
z – количество параллельно протекающих реакций;
e - излучательная способность.
Индексы:
x, l, y – координата;
в – вода;
м – материал;
г – газ;
с.г – сухой газ;
о – абсолютно сухое состояние;
б – бункер;
к – конечный;
н – начальный;
р - равновесный;
п – поверхность;
ц – центр;
сп – смесь пара;
сл – слой;
эф – эффективный;
п – прогрев;
исп – испарение;
хр – химические реакции;
др – древесина;
77
гц – гемицеллюлоза;
то – твердый остаток;
ц – целлюлоза;
л – лигнин;
у – уголь;
ч – частица;
р – реактор;
г-г – генераторный газ;
i – компонент генераторного газа;
0 – начальное;
эк –эквивалентный.
78
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 , .. Процессы и аппараты нефтепереработки и
нефтехимии / С.В. Адельсон. – М.: Гостоптехиздат, 1963. – 308
с.
2 , .. Теплопроводностный и конвективный режимы
горения пористых систем при фильтрации теплоносителя //
Физика горения и взрыва. -1990. - Т. 26. - № 2. - С. 60-68.
3 , .. Термодинамика процессов получения газов
заданного состава из горючих ископаемых / В.С. Альтшулер,
Г.В. Клириков, В.А. Медведев. – М.: Гослесбумиздат, 1969. –
247 с.
4 , .. Процессы в кипящем слое под давлением /
В.С. Альтшулер, Г.П. Сеченов. – М.: Издательство АН СССР,
1963. – 214 с.
5 , .. Высокотемпературная сушка древесины /
П.И. Ананьин, В.Н. Петри. – М.: Гослесбумиздат, 1963.
6 , .. Сравнительная оценка методов расчета
продолжительности сушки пиломатериалов / А.А. Андреева,
А.А. Преловская // Деревообрабатывающая пром-сть. – 1970. –
№ 11. – С. 12-14.
7 , .. Исследование влагопроводности древесины
/ Н.В. Арциховская // Науч. тр. Ин-та леса АН СССР. – 1953. –
Т. IX. – С. 127 – 157.
8 , .. Аппараты со стационарным зернистым слоем / М.
Э. Аэров, О. М. Тодес, Д. А. Наринский. – Л.: Химия, 1979. –
176 с.
9 , .. Гидравлические и тепловые основы работы
аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем / М.
Э. Аэров, О. М. Тодес. - М. - Л.: Химия, 1968. - 512 с.
10 , .. Аппараты со стационарным зернистым слоем / М.
Э. Аэров, О. М. Тодес, Д. А. Наринский. – Л.: Химия, 1979.
11 Аэродинамический расчет котельных установок (нормативный
метод) / под ред. С.И. Мочана. – Л.: Энергия, Ленингр. отд–
ние, 1977. – 255 с.
12
, .. Горение угольной пыли и расчет пылуеугольного
факела / В.И. Бабий, Ю.Ф. Куваев. – М.: Энергоатомиздат,
1986. – 208 с.
13 Газогенератор горнового типа для парогазовой установки
79
мощностью 250 МВт / В.И. Баббит [и др.] // Процесс гореия и
газификации твердого толива: сб. науч. тр. ЭЖИН им. Г.М.
Иртижанского. – 1983. – С. 107–113.
14 , .. Горение гетерогенных конденсированных систем
/ Н.Н. Бахман. – М.: Наука, 1967. – 229 с.
15 , .. Технология топлива и энергетических масел
/ Б.С. Белосельский. – М.: Изд-во МЭИ, 2005. – 348 с.
16 , .. Технохимические расчеты / С.Д. Бесков. – М.:
Высш.шк., 1966. – 520 с.
17 , .. Кинетическая модель термохимического
превращения твердых органических топлив / Е.А. Бойко, С.В.
Пачковский // Журнал прикладной химии. – 2004. - Т.77. - №9.
– С.1558-1567.
18 , .. Имитационная динамическая модель факельного
сжигания топлива в пылеугольной топке / Е.А. Бойко, Д.П.
Ровенский // Изв. высших учебных заведений. Проблемы
энергетики. – 2009. –№1–2. – C. 3–14.
19 , . Биоэнергия: технология, термодинамика, издержки. –
М.: Агропромиздат, 1987. – 212 с.
20 , .. Использование компрессионных
теплонасосных установок для нужд теплоснабжения на
паротурбинных ТЭЦ, работающих в объединенной
энергетической системе / М.Л. Богданович // Новости
теплоснабжения. – 2009. – № 3. – C. 25–29.
21 , .. Теплофизические свойства древесины / Л.В.
Брагина, И.Г. Романенко, В.М. Ройтман // Нов. исслед. в
области изготовления деревянных конструкций. – М., 1988. –
С. 28-34.
22 , .. Основы для эффективного использования
древесных отходов деревообрабатывающего предприятия /
А.Ф. Быстров, Э.С. Быстрова // Деревообрабатывающая
пром-сть. – 1999. –№ 5.
23 , . Разностные методы решения дифференциальных
уравнений в частных производных / В. Вазов, Д. Форсайт; пер.
с англ. Б.М. Будака и Н.П. Жидкова. – М.: Иностранная
литература, 1963. – 487 с.
24 , .. Комплексная переработка всей биомассы деревьев
в местах лесоразработок / И.А. Валеев, Р.Г. Сафин, В.Н.
Башкиров // Химико–лесной комплекс: сб. статей. –
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]