авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПИРОЛИЗА ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Якупов Руслан Рафикович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПИРОЛИЗА ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Специальность 05.20.02 – электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ижевск 2010

Работа выполнена на кафедре «Технологии и оборудование пищевых и перерабатывающих производств» Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия» (ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Владимир Вениаминович Касаткин

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Юран Сергей Иосифович

кандидат технических наук

Якименко Александр Иванович

Ведущая организация – Государственное научное учреждение Зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ НИИСХ Северо-Востока Россельхозакадемии)

Защита состоится « 17 » декабря 2010 г. в 12.00 часов на заседании диссертационного совета КМ220.030.02 в ФГОУ ВПО «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, д. 9, ауд. 319.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Ижевской государственной сельскохозяйственной академии», а с авторефератом на сайте http://izhgsha.ru

Автореферат размещен на сайте и разослан ___________________г.

Ученый секретарь диссертационного совета Н.Ю. Литвинюк

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последние годы тенденция роста использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) становится достаточно явной. Проблемы развития ВИЭ обсуждаются на самом высоком уровне (ни один самет восьми ведущих держав не обходится без обсуждения энергетических вопросов, в том числе о роли и месте возобновляемых источников энергии). Приняты решения и образованы рабочие группы для выработки рекомендаций по значительному развертыванию рынков возобновляемой энергетики. Практически во всех развитых странах формируются и реализуются программы развития ВИЭ.

Говоря об этой тенденции, следует выделить один принципиально новый момент. До последнего времени в развитии энергетики прослеживалась четкая закономерность: развитие получали те направления энергетики, которые обеспечивали достаточно быстрый прямой экономический эффект. Связанные с этими направлениями социальные и экологические последствия рассматривались лишь как сопутствующие, и их роль в принятии решений была незначительной. При таком подходе ВИЭ рассматривались лишь, как энергоресурсы будущего, когда будут исчерпаны традиционные источники энергии, или когда их добыча станет чрезвычайно дорогой и трудоемкой. Так как это будущее представлялось отдаленным. Однако, за последнее столетие добыча нефти в мире выросла почти в 20 раз и продолжает расти достаточно быстро. По оценкам специалистов, в течение 40-50 лет запасы углеводородов будут практически исчерпаны. В этих условиях энергетический потенциал таких топлив как дрова, торф, мусор будет иметь важную роль. Увеличение объема потребления биологического топлива сыграет важную роль в энергетике региона, особенно в сельском хозяйстве. Поэтому применение электротехнологий на различных этапах пиролизного сжигания отходов сельскохозяйственного производства является актуальной, решение которой видится в использовании электростатического поля и ультразвукового излучения (УЗИ).





Результатом исследований стали научно исследовательские работы по заказам Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды Удмуртской Республики и Министерства сельского хозяйства Российской Федерации, а так же призовое место в конкурсе Министерства экономики Удмуртской Республики «Десять лучших инновационных работ Удмуртской Республики». Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА.

Цель исследований состоит в повышении эффективности пиролиза возобновляемых источников энергии для сельскохозяйственного производства на основе электротехнологий.

Объект исследований: процессы переработки отходов сопутствующих сельскохозяйственных производств для получения теплоэнергии путем преобразования в высококалорийное топливо.

Предмет исследований: электротехнологии, ускоряющие процесс пиролиза при утилизации отходов сопутствующих сельскохозяйственных производств.

Теоретической и методической основой исследований послужили труды ведущих ученых и специалистов отрасли по исследуемой проблеме. В процессе решения отдельных задач применялись аналитический, графический и расчетно-конструкторский методы, а также методики по оценке экономической эффективности работы.

Научную новизну работы составляют:

-способ сжигания древесных отходов и льняной костры в вихревом газогенераторе с использованием УЗИ и электростатического поля, для интенсификации теплотворной способности пиролизного газа;

-эффект влияния электрического поля при сжигания пиролизного газа;

-математические модели интенсификации пиролиза, дающие возможность расчета энергоемкости и других режимов процесса утилизации отходов сопутствующих сельскохозяйственных производств;

-аналитические зависимости для определения геометрических параметров установок требуемой производительности.

Практическая значимость и реализация результатов исследований.

Диссертационная работа выполнялась в рамках реализации Энергетической стратегии России до 2020, 2030 годов; программы по развития сельского хозяйства на 2010 – 2017 годы. Результаты диссертационной работы использованы при выполнении НИР по темам: «Проведение научных исследований и разработка технологии промышленной переработки помета в удобрение» (заказчик Министерство сельского хозяйства РФ), «Разработка технико-экономического обоснования по применению ресурсо-энергосберегающей технологии переработки отходов агропромышленного комплекса удмуртской республики на базе сельхозпредприятий Малопургинского района с оценкой энергетического потенциала образующихся отходов биомассы» (заказчик Министерство природных ресурсов и охраны окружающей среды УР).

На основании проведенных теоретических и лабораторных исследований разработана система электрифицированных ресурсосберегающих и технических средств для обогрева помещений в быту сельского населения, а так же изготовлена и апробирована установка для утилизации отходов сопутствующих сельскохозяйственных производств и быта населения удовлетворяющая технологическим требованиям.

Полученные в диссертационной работе результаты обобщены для использования в учебном процессе при подготовке студентов, обучающихся по направлениям «Агроинженерия» и «Технология продуктов питания».

Защищаемые положения:

-способ утилизации отходов сопутствующих сельскохозяйственных производств;

-математическая модель процесса выработки генераторного газа;

-теоретическое обоснование конструктивных и технологиче­ских параметров газогенераторной установки;

- результаты экспериментальных исследований;

- технико-экономическое обоснование целесообразности использования энергосберегающей технологии утилизации отходов сопутствующих сельскохозяйственных производств.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научно-практических конференциях: «Инновационное развитие АПК. Итоги и перспективы», Ижевск, 2007; «Научный потенциал аграрному производству посвящается 450 летию вхождения Удмуртии в состав России», Ижевск, 2008; «Экология и сельскохозяйственная техника», Санкт-Петербург, 2009, «Десять лучших инновационных работ Удмуртской Республики», Ижевск, 2010.

Публикации. Основные положения работы и результаты исследований опубликованы в 7 печатных изданиях, одна из статей в издании, рекомендованном перечню ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений. Работа изложена на 120 страницах основного текста, содержит 42 рисунка, 12 таблиц и список использованных источников из 154 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит краткое изложение вопросов исследуемой проблемы, сущность выполняемой работы и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе "Анализ развития и применения нетрадиционных источников энергии в сельскохозяйственном производстве" на основе анализа научных и литературных источников исследуется проблема использования отходов сопутствующих сельскохозяйственных производств для производства энергии. В нашей стране недостаточно отработанных промышленных технологий, позволяющих масштабно решать проблему утилизации отходов с целью получения возобновляемых источников энергии.

В этой связи поставлены задачи научных исследований:

- разработать способ организации процесса пиролиза в газогенераторе, с использованием УЗИ и электростатического поля для ускорения газовых потоков;

- исследовать кинетику пиролиза отходов переработки древесины, нагреваемых в электростатических и УЗИ полях под инфракрасным (ИК) излучением, в вихревом газогенераторе;

- создать физические модели и дать математические описания процессов пиролиза с использованием ультразвука и инфракрасного излучения в электростатическом поле;

- исследовать лабораторные макеты и опытные образцы газогенераторной установки;

- обосновать эффективность разработанной технологии.

Во второй главе «Лабораторно-теоретическое исследование гипотезы интенсификации пиролизного сжигания отходов сельскохозяйственного производства» рассматривается пиролиз под действием ультразвукового излучения и сжигание генераторного газа в вихревой камере под действием электростатического поля.

Принципиальная схема идеи пиролиза под действием ультразвукового излучения и сжигание генераторного газа в вихревой камере показана на рисунке 1. Нагретое от ИК излучения из камеры сжигания топливо начинает разлагаться на генераторный газ. С нижней части пиролизной камеры в ограниченных количествах подается воздух. Происходит фильтрационный перенос продуктов распада органических соединений через опилки в камеру сгорания. Для ускорения процесса пиролиза и фильтрационного потока опилки излучаются ультразвуком, а так же электростатическим полем для подачи большего объёма газа и увеличении температуры сгорания.

Рисунок 1- Принципиальная схема интенсификации пиролиза

В камере сжигания за счет специально расставленных форсунок для подачи воздуха организуется вихревое поле горения генераторного газа вдоль внешней поверхности установки. Воздух для подачи в камеру пиролизную используется нагретый от продуктов сгорания в трубе. Для увеличения КПД также подготавливается воздух для подачи в камеру сжигания генераторного газа.

Процесс газогенерации в вихревой установки осуществляется следующим образом. Топливо, загруженное слоем определенной высоты на колосниковую решетку, поджигается и продувается газифицирующим агентом (дутье). Фильтруясь между кусками топлива, кислород дутья постепенно расходуется на окисление углерода. Зона, в которой кислород практически полностью исчезает, называется «кислородной». Из этой зоны выходят СО2, N2,СО (как небольшой недожог), водяной пар. Если высота слоя позволяет, то над «кислородной» образуется «восстановительная» зона. В этом случае в газы, выходящих из слоя, обогащаются оксидом углерода и водородом. Эти газы смешиваются со смолами, парами влаги, углеводородами, «отогнанными» из топлива в процессе пиролиза воздействием температуры, и образуют генераторный газ – продукт газификации.

Процесс газификации зависит от ряда факторов - температуры, состава дутьевой смеси, величины кусков топлива, способности его взаимодействовать с газами (реакционной способности), спекаемости топлива, плавкости золы, равномерности распределения газов по сечению и т. д… Большое значение имеют подача, распределение и перемешивание топлива, разрыхление спекшегося кокса и угля, разрушение комьев шлака, удаление золы, распределение дутья, стабильность режима и т. д.

На первом этапе, исследования проводились на лабораторном макете, представленной на рисунке 2. Загруженное в реактор топливо влажностью от 10…90 % (опилки, костра, угольная пыль) нагревалось от внешнего источника тепла без доступа воздуха. Образованный в результате пиролиза газ, проходя через водный затвор, подавался в накопительный резервуар. А уже от туда газ шел на качественный анализ.

Таблица 1- Состав пиролизного газа

Газообразные продукты Соотношение, %
Диоксид углерода (СО2) 45-55
Оксид углерода (СО) 28-32
Водород (Н2) 1-2
Метан (СН4) 8-21
Другие углеводороды (СnHm) 1,5-3,0

На втором этапе исследований добавили в рабочую камеру источник ультразвука. С помощью ультразвука заметно ускоряется процесс фильтрационного переноса газов. Воздействие ультразвука приводит к турбулизации среды, нарушению пограничного слоя, а также к периодическому созданию вакуума в фазе разрежения звуковой волны. Эти факторы приводят к ускорению процесса пиролиза.

На третьем этапе к лабораторной установке добавили реактор, с помощью которого подтвердили эффективность использования электростатического поля.

В процессе эксперимента с целью определения производительности измерялось время горения 0,02 м3 костры различной влажности от 10-90 %, по трем режимам (Костра в покое на колоснике, костра со стряхиванием и костра с УЗИ подводом колосника). Влажность топлива определяли на влагомере Sartorius МА-30, который показывает содержание влаги в топливе в процентах. Экспериментальные данные сжигания костры в таблицах 1 и 2.

Таблица 2 - Экспериментальные данные пиролизного газа

Объемная доля СО, % Объемная доля СО2, % Влажность топлива W, % Время сгорания топлива Т, ч Температура горения пиролизного газа Т, 0С
6,4 11 10 20 620
6,3 10,7 20 20.6 580
6,2 10,5 30 21.9 540
6,1 10,2 40 22.5 480
6 10 50 23 390
5,9 9,8 60 23.6 320
5,8 9,5 70 24 230
5,7 9,3 80 24.5 150
5,6 9 90 25 110

Таблица 3 - Экспериментальные данные сжигания пиролизного газа в электростатическом поле

Объемная доля СО, % Объемная доля СО2, % Влажность топлива W, % Время сгорания топлива Т, ч Температура горения пиролизного газа Т, 0 С
5 9,5 10 17.1 970
4,9 9,3 20 18 810
4,7 9 30 18.6 770
4,6 8,7 40 19 710
4,5 8,5 50 19,4 680
4,3 8,3 60 20 580
4,2 8,2 70 20,5 520
4,1 8,1 80 21 400
4 8 90 21,5 150


Pages:   || 2 |
 



Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.