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 |

Псевдоожижение и сжигание биотоплива в многокомпонентных слоях

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ВИРЯСОВ Дмитрий Михайлович

ПСЕВДООЖИЖЕНИЕ И СЖИГАНИЕ БИОТОПЛИВА

В МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СЛОЯХ

05.14.01 – энергетические системы и комплексы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2013

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении «Тамбовский государственный технический университет».

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Кузьмин Сергей Николаевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Зейгарник Ю.А.;

кандидат технических наук

Рябов Г.А.

Ведущая организация: ГНУ ВНИИТиН Россельхозакадемии.

.

Защита состоится “_____”__________________ 201__ г. в _____ ч. ____ мин. на заседании диссертационного совета Д 002.110.03 Федерального государственного бюджетного учреждения науки Объединенного института высоких температур Российской академии наук по адресу: 125412, г. Москва, ул. Ижорская, 13, стр. 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИВТ РАН.

Автореферат разослан “_____”___________201__ г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

д.т.н. Л.Б. Директор

© Федеральное государственное бюджетное учреждение науки

Объединенный институт высоких температур Российской академии наук, 2013

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Многокомпонентный псевдоожиженный слой твердых частиц – это слой, состоящий из частиц, резко отличающихся друг от друга по размерам, форме, плотности. Такие слои образуются в нижней части топок с циркулирующим кипящим слоем, когда в слой мелких частиц эквивалентным диаметром 300-1000 мкм вводят определенное количество крупных и тяжелых частиц эквивалентным диаметром 10 мм и более для стабилизации процесса воспламенения и горения твердого топлива и увеличения времени пребывания циркулирующих частиц в придонной части циркулирующего слоя. Такой слой рассматривается как альтернатива обычному циркулирующему слою, так как в нем значительно увеличиваются скорости протекания обменных процессов. В качестве крупных частиц могут использоваться биогранулы. В этом случае, кроме выше перечисленных эффектов от введения в слой крупных частиц, можно достичь существенного снижения эмиссии парниковых газов, золы и окислов серы в атмосферу.

С другой стороны, анализ литературных данных показывает, что процессы перехода в псевдоожиженное состояние таких слоев исследованы недостаточно. Более того, известные экспериментальные методы исследования переходных процессов в системах газ – твердые частицы, в том числе методы экспериментального определения минимальной скорости псевдоожижения, для многокомпонентных систем непригодны. Также отмечается, что в кипящем слое возможно самопроизвольное формирование многокомпонентной системы при агломерации частиц, ведущей, как правило, к прекращению кипения и останову реактора. Диагностика процесса дефлюидизации представляет, таким образом, самостоятельную важную научно-техническую задачу, решение которой позволяет повысить надежность и эффективность работы реакторов с кипящим слоем. Известные методы диагностики дефлюидизации малоэффективны, поскольку не позволяют установить факт появления в слое агломератов частиц, и не проверены для условий работы реальных реакторов с кипящим слоем.



Данная работа выполнялась в соответствии с государственным контактом с Министерством образования и науки РФ № 16.516.12.6002 «Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований в области повышения эффективности вновь разрабатываемых и существующих котлов с кипящим слоем при совместном сжигании низкосортных углей с биомассой» и государственным контрактом № 16.526.11.6010 «Разработка технологии предварительной термической обработки древесных и растительных отходов для получения биотоплива, обладающего улучшенными технико-экономическими характеристиками» в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 гг.».

Цель работы – исследование псевдоожижения многокомпонентных, в том числе самопроизвольно формирующихся, «холодных» и «горячих» слоев, процесса сжигания в таких псевдоожиженных слоях гранулированного биотоплива с низкой температурой плавления золы.

Научная новизна работы. В области перехода многокомпонентного слоя в состояние псевдоожижения, как при комнатной температуре, так и для условий реального химико-технологического процесса при сжигании биотоплива, установ-лена связь между переходами в системе газ – твердые частицы и средне-квадратичным отклонением пульсаций перепада давления в слое, позволяющая экспериментально определить момент перехода слоя в псевдоожиженное состояние и значение минимальной скорости псевдоожижения.

Предложен алгоритм определения минимальной скорости псевдоожижения многокомпонентного слоя как в «холодном», так и в «горячем» состоянии.

Разработан и экспериментально проверен метод идентификации прекра-щения ожижения, вызванного изменением гранулометрического состава слоя. Метод основан на непрерывном измерении пульсаций перепада давления в слое, определении для них безразмерной амплитуды и сопоставлении полученных результатов с пороговым значением безразмерной амплитуды, определяемым для каждого материала слоя. Полученные результаты позволили быстро и надежно отслеживать появление необратимых изменений состава слоя, приводящих к агломерации частиц и прекращению кипения – дефлюидизации.

Практическая ценность работы. Предложенный метод анализа процесса дефлюидизации может быть использован при эксплуатации аппаратов с кипящим слоем для быстрого реагирования на необратимые процессы, связанные с агломерацией материала слоя.

По результатам исследований процесса горения биотоплива в турбулентном кипящем слое спроектирован, изготовлен и испытан теплогенератор, конструкция топочного устройства которого позволяет реализовать процесс сжигания топлив с низкой температурой плавления золы в бесшлаковочном режиме. На конструкцию котла получено положительное решение о выдаче Евразийского патента на изобретение. Разработанный теплогенератор включен в технологическую схему производства биотоплива с улучшенными технико-экономическими характеристи-ками (государственный контракт № 16.526.11.6010), которое по договору о сотрудничестве между ФГБОУ ВПО «ТГТУ» и ОАО «ПРОДМАШ» от 25 января 2012 г. будет выпускаться ОАО «ПРОДМАШ» с III квартала 2013 г.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на Четвёртой международной конференции по защите окружающей среды в промыш-ленных процессах (CISAP 4), 14-17 марта 2010 г., Флоренция, Италия; Между-народной выставке-конференции по возобновляемой энергии, 27 июня – 2 июля 2010 г., Йокохама, Япония; Седьмой международной теплофизической школе, 20- 25 сентября 2010 г., Тамбов; Седьмой Средиземноморской конференции по сжига-нию, 11-15 сентября 2011 г., Кальяри, Италия.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 9 печатных работах, из них: в международных зарубежных реферируемых журналах – 4 публикации, в журналах, рекомендованных ВАК РФ – 3 публикации.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений. Объем диссертационной работы составляет 87 страниц машинописного текста, содержит 44 рисунка и 3 таблицы. Список литературы включает 63 наименования.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе работы дан обзор современных подходов к исследованию процессов перехода в псевдоожиженное состояние многокомпонентных слоев твердых частиц. Показано, что для систем газ – твердые частицы определение важнейшего технологического параметра – минимальной скорости псевдоожижения – по кривой изменения перепада давления от скорости продуваемого через слой газа невозможно. С другой стороны, предложенный метод определения минималь-ной скорости псевдоожижения по изменению численных значений статистических характеристик пульсации перепада давления в слое [1] не проверен для многокомпонентных слоев и реальных физических условий, возникающих, например, при горении твердого топлива в слое.

Изменение зависимости численных значений статистических характеристик случайного процесса пульсации перепада давления в слое от скорости газа может быть связано с изменением фракционного состава слоя в связи с появлением в нём агломератов частиц, что может привести к дефлюидизации слоя.

Мониторинг процесса дефлюидизации имеет важное прикладное значение для обеспечения надежности и эффективности работы аппаратов с кипящим слоем. Однако предложенные ранее методы мониторинга дефлюидизации имеют существенное ограничение и применимы только для слоев мелких частиц и для малых чисел псевдоожижения, а также не проверены в реальных условиях тех-нологических процессов. На основании проведенного анализа сформулированы основные задачи исследования.

Во второй главе представлена методика проведения экспериментов. Исследование переходных процессов в многокомпонентных псевдоожиженных слоях проводилось при комнатной температуре на «холодной» модели и при температуре слоя 1200 °С на «горячей» модели при сжигании в слое соломенных гранул.

Для исследования переходных процессов был выбран многокомпонентный кипящий слой, состоящий из частиц угольной золы и биогранул. Выбор такого материала слоя обусловлен наблюдающимся в настоящее время интересом к исследованию процессов совместного сжигания угля и биомассы, а также строительством крупных установок с циркулирующим, в том числе многокомпонент-ным, кипящим слоем, где эти процессы реализуются. Фракционный состав угольной золы представлен в табл. 1.

Таблица 1

Фракционный состав золы

Размер частиц, мм Массовая доля, %
до 1,0 20,87
от 1,0 до 1,2 61,79
от 1,2 до 1,5 5,66
от 1,5 до 1,7 2,7
от 1,7 до 2,0 1,8
от 2,0 до 2,5 1,1
от 2,5 до 3,0 0,5
от 3,0 до 4,0 4,1
более 4,0 1,5

Влажность частиц золы в среднем равна 5,35 %; истинная плотность частиц золы – 1680 кг/м3. Характеристики соломенных гранул приведены в табл. 2.

Таблица 2

Характеристики гранул

Наименование характеристики Значение
Диаметр, мм 7,0
Средняя длина гранул, мм 12,03
Отношение диаметра гранулы к средней длине 0,59
Плотность гранулы, кг/м3 1190
Насыпная плотность гранул, кг/м3 487,9
Теплота сгорания гранул, мДж/кг 15,42
Содержание золы, % 4,38
Влажность, % 8,12
Зольность в исходном состоянии, % 6,87
Высшая теплота сгорания, МДж/кг 16,91
Низшая теплота сгорания, МДж/кг 15,52
Температура, °С: деформации золы размягчения золы плавления золы жидкоплавкого состояния золы 940 980 1070 1300






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.