Математическое моделирование процесса газификации древесины

Разработана математическая модель газификации древесных отходов в новом типе газификаторов. Получены нестационарные распределения температур газа и частиц, расходов газовых компонентов и углерода. Методика позволяет получить детальную информацию о параметрах рабочего процесса при работе газификатора...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2006
Автори:	Баштовой, А.И., Скляренко, Е.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут технічної теплофізики НАН України 2006
Назва видання:	Промышленная теплотехника
Теми:	Нетрадиционная энергетика
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61461
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Математическое моделирование процесса газификации древесины / А.И. Баштовой, Е.В. Скляренко // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 6. — С. 71-77. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-61461
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-614612014-05-06T03:01:47Z Математическое моделирование процесса газификации древесины Баштовой, А.И. Скляренко, Е.В. Нетрадиционная энергетика Разработана математическая модель газификации древесных отходов в новом типе газификаторов. Получены нестационарные распределения температур газа и частиц, расходов газовых компонентов и углерода. Методика позволяет получить детальную информацию о параметрах рабочего процесса при работе газификатора на различных нагрузках, его наладке и испытаниях. Розроблено математичну модель газифікації деревних відходів у новому типі газифікаторів. Отримано нестаціонарні розподіли температур газу і частинок, витрат газових компонентів і вуглецю. Методика дозволяє отримати детальну інформацію про параметри робочого процесу при роботі газифікатора при різних навантаженнях, його налагодженні та випробуваннях. We have constructed a mathematical model of the gasification of wood waste in a gasifier of new type. We have obtained nonstationary distributions of gas and particle temperatures as well as gas and carbon flow rates. This method enables one to obtain detailed information on the parameters of the working process under different loads of the gasifier, its adjustment and tests. 2006 Article Математическое моделирование процесса газификации древесины / А.И. Баштовой, Е.В. Скляренко // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 6. — С. 71-77. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0204-3602 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61461 662.63 ru Промышленная теплотехника Інститут технічної теплофізики НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Нетрадиционная энергетика Нетрадиционная энергетика
spellingShingle	Нетрадиционная энергетика Нетрадиционная энергетика Баштовой, А.И. Скляренко, Е.В. Математическое моделирование процесса газификации древесины Промышленная теплотехника
description	Разработана математическая модель газификации древесных отходов в новом типе газификаторов. Получены нестационарные распределения температур газа и частиц, расходов газовых компонентов и углерода. Методика позволяет получить детальную информацию о параметрах рабочего процесса при работе газификатора на различных нагрузках, его наладке и испытаниях.
format	Article
author	Баштовой, А.И. Скляренко, Е.В.
author_facet	Баштовой, А.И. Скляренко, Е.В.
author_sort	Баштовой, А.И.
title	Математическое моделирование процесса газификации древесины
title_short	Математическое моделирование процесса газификации древесины
title_full	Математическое моделирование процесса газификации древесины
title_fullStr	Математическое моделирование процесса газификации древесины
title_full_unstemmed	Математическое моделирование процесса газификации древесины
title_sort	математическое моделирование процесса газификации древесины
publisher	Інститут технічної теплофізики НАН України
publishDate	2006
topic_facet	Нетрадиционная энергетика
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61461
citation_txt	Математическое моделирование процесса газификации древесины / А.И. Баштовой, Е.В. Скляренко // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 6. — С. 71-77. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
series	Промышленная теплотехника
work_keys_str_mv	AT baštovojai matematičeskoemodelirovanieprocessagazifikaciidrevesiny AT sklârenkoev matematičeskoemodelirovanieprocessagazifikaciidrevesiny
first_indexed	2025-07-05T12:28:55Z
last_indexed	2025-07-05T12:28:55Z
_version_	1836810015691767808
fulltext	5. Жовмир Н.М., Гелетуха Г.Г., Железная Т.А., Слёнкин М.В. Обзор технологий совместного сжигание биомассы и угля на электрических станциях зарубежных стран // Промышленная теплотехника. – 2006. – Т. 28, № 2. – С. 75;85. 6. Paisley M.A., Overend R.P., Welch M., Igoe B.M. FERCO’s Silvagas biomass gasification process com; mercialization opportunities for power, fuels, and chemicals. Proc. of Second World Biomass Conference. 10;14 May 2004, Rome, Italy. – Р. 1675; 1678. 7. Ising M., Gil J., Unger C. Gasification of bio; mass in a circulating fluidised bed with special respect to tar reduction. Proc. of First World Biomass Conference, 5;9 June 2000, Sevilla, Spain. – Р. 1775; 1778. 8. Ising M., Unger C., Gil J., Balke U. Gasification of biomass in a circulating fluidised bed for the generation of power and heat. Proc. of First World Biomass Conference, 5;9 June 2000, Sevilla, Spain. – Р. 1793;1796. 9. Ising M., Unger C., Heinz A., Althaus W. Cogeneration from biomass gasification by producer gas;driven block heat and power plants. Proc. of Twelfth European Biomass Conference, 17;21 June 2002, Amsterdam, the Netherlands. – Р. 1033;1036. Получено 10.03.2006 г. ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 6 71 НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА Розроблено математичну модель га- зифікації деревних відходів у новому типі газифікаторів. Отримано не- стаціонарні розподіли температур газу і частинок, витрат газових компонентів і вуглецю. Методика дозволяє отримати детальну інформацію про параметри ро- бочого процесу при роботі газифікатора при різних навантаженнях, його налаго- дженні та випробуваннях. Разработана математическая мо- дель газификации древесных отходов в новом типе газификаторов. Получены нестационарные распределения темпе- ратур газа и частиц, расходов газовых компонентов и углерода. Методика поз- воляет получить детальную информа- цию о параметрах рабочего процесса при работе газификатора на различных нагрузках, его наладке и испытаниях. We have constructed a mathematical model of the gasification of wood waste in a gasifier of new type. We have obtained nonstationary distributions of gas and par- ticle temperatures as well as gas and car- bon flow rates. This method enables one to obtain detailed information on the parame- ters of the working process under different loads of the gasifier, its adjustment and tests. УДК 662.63 БАШТОВОЙ А.И.1, СКЛЯРЕНКО Е.В.2 1Институт общей энергетики НАН Украины 2Институт технической теплофизики НАН Украины МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ГАЗИФИКАЦИИ ДРЕВЕСИНЫ A – доля золы в исходном сырье; c – удельная теплоемкость (истинная при соот; ветствующей температуре); D1, D2 – внутренние диаметры реактора и обо; лочки соответственно; E – энергия активации; Gj – массовые расходы газовых компонент, j = 1…6; k – константа скорости реакции; k0 – предэкспоненциальный множитель; L – длина реактора; Р – порозность плотного слоя; Pr – число Прандтля для газа; Qт – тепловой поток от газовой оболочки к реактору; q – теплота испарения влаги; R – универсальная газовая постоянная; Sp – площадь поверхности частицы; T – температура; u – скорость; V – выход летучих частиц на рабочую массу; v – объем частицы; W – влажность; х – координата вдоль оси реактора; 1. Введение Со времен СССР энергетика Украины была ориентирована на использование первичных энергоносителей (природного газа, нефти, угля), запасы которых ограничены и цены на которые стремительно растут. В частности, с начала 2005 г. цена туркменского газа, который обеспечивает значительную часть энергопотребления страны, выросла почти на 40 %. В этих условиях особую актуальность приобретает изыскание путей вы; работки энергии из возобновляемых источников. В последние годы это направление привлекает большое внимание в большинстве развитых стран. Каждая тысяча киловатт;часов электро; энергии, которая произведена из возобновляе; мых источников, в среднем предотвращает вы; бросы в атмосферу 4,2 кг твердых частиц, 5,65 кг оксидов серы, 1,76 кг оксидов азота, а каждая произведенная гигакалория теплоты – 0,2 кг твердых частиц, свыше 3 кг оксидов серы и око; ло 1 кг оксидов азота. Государственная политика Украины по энерго; сбережению предусматривает существенное рас; ширение объемов использования нетрадицион; ных и возобновляемых источников энергии. Осуществляется государственная поддержка со; здания системы законодательных, финансово; экономических и нормативно;технических мер по обеспечению эффективного функционирова; ния нетрадиционной энергетики на всех этапах ее развития. В Украине до 2010 года должна быть обеспечена экономия традиционных топливно; энергетических ресурсов на уровне 8…10% от их общего потребления [1]. Благодаря этому могут быть сэкономлены значительные объемы тради; ционных энергоносителей и средств из государст; венного бюджета на их приобретение по импорту. В соответствии со стратегией развития нетра; диционной энергетики в странах ЕС “White Paper” в 2010 г. биомасса будет покрывать около 74% общего вклада возобновляемых источников энергии, что будет составлять около 9% общего потребления первичных энергоносителей [2]. По всей видимости, биомасса будет представлять со; бой наиболее мощный сектор использования во; зобновляемых источников энергии. Одним из наиболее важных видов биомассы в Украине является древесина. Наша страна в этом отношении имеет значительный потенциал [3], и было бы неразумно его не использовать. Самый старый способ получения энергии из древесины – ее сжигание. Однако в настоящее время в Украи; не нет налаженного производства современных высокоэффективных дровяных котлов, а стои; мость зарубежных котлов очень высока. Сейчас одним из наиболее эффективных спо; собов переработки древесины является газифи; кация. Cуществуют различные аппараты для по; лучения горючего газа и древесного угля из дерева, однако они имеют существенные недо; статки, а именно, низкую скорость газификации и высокую концентрацию смол в горючем газе. В Институте технической теплофизики НАН Украины разработан новый способ газификации древесины [4, 5], который устраняет отмеченные 72 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 6 НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА α – коэффициент теплоотдачи; β – коэффициент избытка воздуха; δ – диаметр шара, объем которого равняется объ; ему частицы; γ – доля исходного водорода, которая выделяется в виде Н2; η – динамическая вязкость; ϕk – доли образующихся в процессе пиролиза ве; ществ, k = 1…7; λ – коэффициент теплопроводности; μ – молекулярная масса; ρ – плотность; σ – коэффициент, учитывающий отличие формы частиц от шарообразной; ξ – функция выхода летучих веществ из частиц; ψi – массовая доля компонентов i в составе сы; рья, i = 1…5; ζ – функция испарения влаги из частиц. Индексы нижние b – выгорание; g – величина относится к газу; p – величина относится к частице; s – величина относится к твердой фазе; st – величина относится к частицам сажи в газе; 0 – начальное значение величины. Индексы верхние * – величина относится к частицам сажи в газе. недостатки. Его суть состоит в том, что исходное сырье подвергается “тепловому удару”, и про; цесс пиролиза происходит очень быстро. Источ; ником теплоты служат продукты неполного сжи; гания природного газа. На основе этого метода создан промышленный газификатор. В результате такой “газовой газификации” получается горю; чий газ и твердый остаток в виде древесного угля. Для проектирования таких газификаторов и оптимизации рабочего процесса в них необходи; мо создать метод расчета подобных аппаратов. Настоящая работа посвящена построению мате; матической модели тепловых и физико;химичес; ких процессов в газификаторе для древесины. На рис. 1 показана упрощенная схема аппара; та для реализации этой технологии. Его основ; ным элементом является горизонтальный ци; линдрический реактор 1 со шнеком, который обеспечивает продвижение сырья вдоль реактора в режиме плотного слоя. Реактор 1 окружен обо; лочкой 2, куда из камеры сгорания 3 подаются продукты неполного сжигания природного газа. Они отдают определенное количество теплоты двухфазной смеси в реакторе 1 через его стенку и затем поступают в реактор и двигаются в прямо; токе с сырьем. 2. Постановка задачи и основные уравнения Задача состоит в нахождении распределения температур твердой фазы и газа, расходов газовых компонент и твердого остатка по длине реактора. Для упрощения считаем, что частицы исход; ного сырья монодисперсны. Предполагаем, что они могут иметь произвольную форму, и вводим коэффициент, учитывающий отличие формы ча; стиц от шарообразной σ = Spδ/v. Дисперсный ма; териал состоит из балласта (влага, зола) и орга; нической части, элементами которой являются водород Н, углерод С и кислород О. Их содержа; ние обозначаем через ψi, i = 1…5, . Пусть выход летучих веществ на рабочую мас; су составляет V. Динамика испарения влаги и вы; хода летучих задается в зависимости от локаль; ной температуры твердой фазы Ts с помощью функций ζ и ξ. Весь органический состав древе; сины пропорционально распределяется на такие вещества: углерод С, который может выходить из древесины в виде частиц сажи и реагировать с со; ответствующими компонентами газовой смеси (см. ниже), газы Н2, СН4, СО2, СО и углерод С, остающийся в древесном угле (не выходит из ча; стиц, может только реагировать с теми же компо; нентами). Доли этих веществ обозначаем через ωk0, k = 1…6, = ψ3 + ψ4 + ψ5: ϕ10 = Aγψ3; ϕ20 = γψ3; ϕ30 = 4(1–γ)ψ3; ϕ60 = 1;V; (1) z = ψ4–ϕ10–3(1–γ)ψ3–ϕ60; y = (1/4)(8z;3ψ5); ϕ40 = (11/3)(z–y); ϕ50 = (7/3)y. Здесь коэффициент А подбирается таким об; разом, чтобы удовлетворить условия ϕ50 > 0 и ϕ40/ϕ50 ≤ 7 [6]. Кроме того, пусть ϕ70 = ψ1 (водя; ной пар, выделяющийся из материала). В формулах (1) использована гипотеза о том, что определенная доля исходного водорода (γ) выделяется в виде Н2, а его остаток – в виде угле; водородов (для упрощения рассматриваем толь; ко метан СН4). Доля углерода в образующемся древесном угле составляет ϕ60, а остаток С и О распределяется между СО и СО2 так, чтобы удов; летворить очевидные соотношения материаль; ного баланса. Отметим, что ϕk0 – это своеобраз; ный потенциал веществ древесины, которые могут образоваться из нее при определенном температурном режиме. Все ϕk0 отнесены к рас; ходу твердого материала во входном сечении ре; актора Gs0. 6 0 1 k k= ϕ∑ 5 1 = 1 i i= ψ∑ ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 6 73 НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА Рис. 1. Схема аппарата для газификации древесины. Как известно, продуктами неполного сгора; ния природного газа являются СО2, СО, N2, H2 и H2O. Следовательно, в общем случае газовая смесь в реакторе будет состоять из 6 компонент: СО2, СО, N2, H2, H2O и СН4, которые ниже обо; значаются индексами 1 – 6. Поскольку в продуктах неполного сгорания природного газа кислород отсутствует, стехиоме; трическая схема реакций имеет вид C + CO2 → 2CO – Q1; C + H2O → CO + H2 – Q2. (2) Константы скорости реакций (2) для частиц исходного материала (древесного угля) k1 и k2 вычисляются в аррениусовском приближении по температуре твердой фазы Ts, а и для час; тиц сажи в газе – по температуре газа Тg (разме; ры частиц сажи малы и очень быстро нагревают; ся до температуры газа) [7]: ; , i = 1, 2. При вычислении изменения расходов газовых компонент по длине потока в реакторе учитыва; ются реакции (2), испарение влаги и выход лету; чих. Доли влаги Δϕ7, газообразных компонентов Δϕk (k = 2...5) и углерода в виде сажистых частиц Δϕ1, которые выходят или образуются с измене; нием температуры твердой фазы на шаге Δx, оче; видно, составят Δϕ7 = ϕ70[ζ(Ts(x + Δx))–ζ(Ts(x))]; Δϕk = ϕk0[ζ(Ts(x + Δx))–ζ(Ts(x))], (k = 1...5) (значения ϕ также отнесены к Gs0). Рассчитывая изменение расходов газовых компонент Gj (j = 1...6) за счет реакций (2) подоб; но [8, 9], запишем уравнения для Gj в следующем виде: , ; ; (3) ; ; ; расход азота постоянный G3 = const. Подобным образом рассчитывается выгора; ние углерода в древесном угле: (4) и частиц сажи в газе: . (5) Изменение расхода твердой фазы на шаге про; исходит за счет выхода из древесины влаги, лету; чих веществ, сажи и выгорания углерода: . (6) Тогда суммарное изменение доли частиц сажи в газе составит: ; . Наконец, уравнения для температур частиц Ts и газа Tg можно представить в виде dTs /dx = A1 + A2 + A3 + A4 + A5; dTg /dx = B1 + B2 + B3 + B4 + B5, (7) ( )1 0 st b sb dG x dx G Δ⎛ ⎞Δϕ = ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ( )0 1 1 1 b Δϕ = Δϕ + Δϕ 5 0 7 1 s s s k k b dG G G x dx= ⎡ ⎤ ⎛ ⎞Δ = − Δϕ + Δϕ + Δ⎜ ⎟⎢ ⎥ ⎝ ⎠⎣ ⎦ ∑ 8 8 1 2 2 6 2 6 6 st gst g st st gb GdG k G k G dx G u ∗ ∗ρ ⎛ ⎞μ μ⎛ ⎞ = − +⎜ ⎟⎜ ⎟ ρ δ μ μ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ 8 8 1 2 2 6 2 6 s gb dG H k G k G dx u ⎛ ⎞μ μ⎛ ⎞ = − +⎜ ⎟⎜ ⎟ μ μ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ 6 3 0s dG G dx x Δϕ = Δ 5 7 0 6 2 2 6 st gs g g st st GdG G G Hk k dx x u G ∗ ⎡ ⎤ρΔϕ = − +⎢ ⎥ Δ ρ δ⎢ ⎥⎣ ⎦ 2 0 6 54 2 2 6 6 st gs g g st st GG GdG Hk k dx x u G ∗ ⎡ ⎤ρΔϕ μ = + +⎢ ⎥ Δ μ ρ δ⎢ ⎥⎣ ⎦ 3 6 2 2 6 6 st g g st st G G Hk k G ∗ ⎤⎛ ⎞ρμ + + ⎥⎜ ⎟⎜ ⎟μ ρ δ ⎥⎝ ⎠⎦ 5 0 32 2 1 1 2 61 2 st gs g g st st GGdG G Hk k dx x u G ∗ ⎡ ⎛ ⎞ρΔϕ μ = + + +⎢ ⎜ ⎟⎜ ⎟Δ μ ρ δ⎢ ⎝ ⎠⎣ (1 )P H P σ − = δ 4 01 2 1 1 6 st gs g g st st GGdG G Hk k dx x u G ∗ ⎡ ⎤ρΔϕ = − +⎢ ⎥ Δ ρ δ⎢ ⎥⎣ ⎦ ( )0 exp R 273 i i i g E k k T ∗ ⎛ ⎞ ⎜ ⎟= − ⎜ ⎟+⎝ ⎠ ( )0 exp R 273 i i i s E k k T ⎛ ⎞ = −⎜ ⎟⎜ ⎟+⎝ ⎠ 2 k∗ 1 k∗ 74 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 6 НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА где первые слагаемые учитывают межфазовый теплообмен, вторые – влияние теплового потока от газовой оболочки, третьи – тепловой эффект химических реакций (2), четвертые – испарение влаги из сырья, пятые – тепловой эффект выхода летучих веществ из сырья. Будем считать, что все тепловые потоки разделяются между фазами пропорционально их водяным эквивалентам. Тогда составляющие уравнений (7) вычисляются следующим образом [10]: ; χ= 1–1,164(1–Р)2/3 (Р> 0,4); χ = 0,56Р–0,052 (Р ≤0,4); ; ; (8) ; ; . 3. Алгоритм расчета Полученная система уравнений (3) – (8) замк; нута, и ее можно интегрировать численным ме; тодом. Решение усложняется тем, что температу; ра газа на входе в реакционную камеру Tg0 заранее неизвестна, поскольку для вычисления Qт необходимо знать параметры двухфазной сме; си вдоль ее длины. Поэтому метод расчета дол; жен быть основан на построении “глобального” итерационного процесса. Пусть расходы газовых компонент на выходе из камеры сгорания равны Gj0 , а их температура – Tg1. Если задать некото; рое значение Tg0, то легко вычислить величину , (9) где (T) – средняя удельная теплоемкость ком; понента для температурного интервала (0oС – Т); ω учитывает потери теплоты через стенку. Дальше выполняется интегрирование си; стемы (3) – (8), что позволяет найти некоторую среднюю температуру двухфазной смеси в камере Tm и тепловой поток между оболочкой и реакто; ром . (10) Здесь коэффициенты теплоотдачи от газа к стен; ке α1 и от стенки к плотному слою в реакционной камере α2 определяются по рекомендациям [11, 12]. Естественно, значения Qт и не совпадают, и на следующей итерации определяется новая температура Tg0 по формуле (9), куда вместо Qт подставляется , снова рассчитывается рабо; чий процесс в реакторе и т.д. Эти итерации вы; полняются до достижения заданной точности вычислений. Заметим, что эту модель можно легко обоб; щить на случай полидисперсного состава сырья, а также более полной стехиометрической схемы. Описанный метод расчета реализован в програм; ме WOOD. 4. Некоторые численные результаты Приведем некоторые результаты выполнен; ных численных исследований и сравним их с не; которыми экспериментальными данными. Математическая модель позволяет получить детальную информацию о параметрах рабочего процесса при работе газификатора на различных нагрузках, его наладке и испытаниях. Например, на рис. 2 показано изменение температур газовой и твердой фазы в зависимости от влажности ис; т Q′ т Q′ п 02 1 2 2 g g m T TD D L T +⎛ ⎞+ π −⎜ ⎟ ⎝ ⎠ 1 2 1 1 м 2 1 1 2 T D D Q − ⎛ ⎞−′ = + +⎜ ⎟α λ α⎝ ⎠ i c ( ) ( ) 7 7 T 1 0 1 0 0 0 1 1 g j j g g j j g j j Q T G c T Т G c T = = = ω −∑ ∑ s s g g st st F G c G c G c= + + 5 o 0 1 5 5 k s k G Q A B F = Δϕ = = Δχ ∑ 7 0 4 4 s G q A B F Δϕ = = − Δχ 2 6 2 2 6 6 st g g st st G Q G Hk k G ∗ ⎫⎡ ⎤ρ ⎪+ +⎢ ⎥ ⎬ρ δ μ⎢ ⎥ ⎪⎣ ⎦ ⎭ 1 2 3 3 1 1 2 61 st g g g st st G Q G A B Hk k u F G ∗ ⎧⎡ ⎤ρ⎪= = + +⎢ ⎥⎨ ρ δ μ⎢ ⎥⎪⎣ ⎦⎩ Т 2 2 Q A B LF = = 1/3 1 Pr (1 ) ( ); 4 g s g g g P B T T c P∗ σχ λ − = − δη 1/3 1 Pr ( ) 4 g g g g s g s s s u A T T c u σχ λ ρ = − δη ρ ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 6 75 НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА × × ходного сырья (D1 = 0,309 м, D2 = 0,325 м, P = 0,7, расход природного газа 20 нм3/ч, F – экспери; ментальные точки). Как видно, с увеличением влажности температура в реакторе уменьшается, что приводит к ухудшению протекания реакций в нем и, вследствие этого, – к ухудшению качества полученного горючего газа. На рис. 3 в качестве примера представлены за; висимости расхода твердой фазы и выработанно; го газа по длине реактора при тех же условиях, что и на рис. 2. Здесь, как и на предыдущем ри; сунке, видно, что вблизи входного сечения физи; ко;химические процессы отличаются высокой интенсивностью (термохимическая переработка идет в режиме “теплового удара”), а далее их темп снижается. На рис. 4 показаны кривые калорийности полу; ченного газа от коэффициента избытка воздуха при для различных значениях расхода природного газа при его сжигании (D1 = 0,309 м, D2 = 0,325 м, W = 30 %, P = 0,7, F – экспериментальные точки). Как видно из графика, существуют оптимальные значения коэффициента избытка воздуха, при ко; торых получается максимально калорийный газ для определенных условий газификации. 5. Выводы 1. Разработана математическая модель гази; фикации древесных отходов в новом типе гази; фикаторов. 2. Получены нестационарные распределе; ния температур газа и частиц, расходов газовых компонентов и углерода. Помимо экономии пер; вичных энергоресурсов, газификация отходов древесины позволяет также улучшить экологиче; скую ситуацию. ЛИТЕРАТУРА 1. Державний комітет України з енергозбере; ження www.necin.com.ua. 2. Energy for the future: renewable sources of energy. White paper for a community strategy and action plan. – Bruxelles, 1997. – 53 p. 3. Носач В.Г., Шрайбер А.А., Скляренко Е.В. Об эффективности производства тепловой и эле; 76 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 6 НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА Рис. 2. Влияние влажности сырья на температуры газа и древесной щепы: 1 – W = 20 %; 2 – 30; 3 – 40. Рис. 3. Расход твердой фазы (1) и суммарный расход газовых компонентов (2). Рис. 4. Зависимости калорийности полученного газа от коэффициента избытка воздуха при разном расходе природного газа, нм3/ч: 1 – 15; 2 – 20; 3 – 30. ктрической энергии из древесины // Пром. теп; лотехника. – 2004. – Т. 26, № 3. – С. 54 – 57. 4. Патент України № 43070 від 15.11.2001, Бюл. № 10, 2001, “Спосіб піролізу деревини”. 5. Носач В.Г., Скляренко Е.В., Родионов В. И. Исследование термохимической переработки древесины в зажатом подвижном и фильтруемом слое // Пром. теплотехника. 2005. – Т. 27, № 5. – С. 66 – 69. 6. Козлов В.Н. Пиролиз древесины. – Моск; ва: Изд;во Акад. наук СССР, 1952. – 284 с. 7. Померанцев В.В., Арефьев К.М., Ахмедов Д.Б. и др. Основы практической теории горения. – Л.: Энергоатомиздат, 1986. – 312 с. 8. Nosach V.G., Shraiber A.A., Sklyarenko E.V. Mathematical modelling of heat and mass transfer in a concentrated disperse system with chemical reac; tions // Proc. 10 Workshop “Two;Phase Flow Predictions”. Halle: Martin;Luther University, 2002. P. 412 – 417. 9. Шрайбер А.А., Носач В.Г. Математическое моделирование тепломассообменных процессов при внутриотвальной газификации углесодержа; щих отходов // 5;й Минский междунар. форум по тепло; и массообмену, Минск, 2004. – Т. 4. – С. 1 – 10. 10. Гольдштик М.А. Процессы переноса в зер; нистом слое. – Новосибирск: Институт теплофи; зики СО АН СССР, 1984. – 163 с. 11. Теплотехнический справочник. – М.: Энергия, 1976. – Т. 2. – 896 с. 12. Аэров М.Э., Тодес О.М., Наринский Д.А. Ап; параты со стационарным зернистым слоем. – Л.: Химия, 1979. – 176 с. Получено 11.02.2006 г. ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 6 77 НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Математическое моделирование процесса газификации древесины

Репозитарії

Схожі ресурси