Фев 27 2004

РАЗВИТИЕ ПРОЦЕССА ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ПИРОЛИЗА БИОМАССЫ В ПОТОКЕ ГОРЯЧЕГО ВОЗДУХА

Опубликовано в 11:54 в категории Сбор и переработка отходов

А.Ю. Усенко, М.В. Губинский, А.С. Грек

Национальная Металлургическая Академия Украины,

кафедра Промышленной теплоэнергетики, г. Днепропетровск

Известны три сравнимые между собой технологии термохимической переработки органических отходов: прямое сжигание, газификация и пиролиз. Выбор технологии определяется экологическими и экономическими критериями. При этом каждая технология имеет свой сектор, определяемый технологическими особенностями, в том числе и пиролиз, который имеет ряд преимуществ:

- процесс пиролиза требует более низких рабочих температур (280–300 °С) и требует подвода теплоты извне только в начальной стадии процесса, далее процесс пиролиза сопровождается экзотермическими реакциями;

- теплота сгорания пиролизного газа вдвое превышает аналогичный показатель для генераторного газа;

- возможно получение дополнительного экономического эффекта от реализации коксового остатка.

В НМетАУ предложена технология переработки биомассы в потоке горячего воздуха методом окислительного пиролиза. Процесс разложение биомассы осуществляется в потоке, при этом получают смесь пиролизного газа (теплота сгорания до 13,3 МДж/м3) и воздуха, а также коксовый остаток. В дальнейшем смесь пиролизного газа с воздухом используется в качестве топлива в энергоагрегатах, уменьшая тем самым расход основного вида топлива (в основном природного газа). Коксовый остаток, после соответствующей обработки, можно использовать в промышленности. Процесс пиролиза также можно рассматривать как первую стадию термической обработки биомассы, с последующей газификацией коксового остатка.

Для исследования процесса окислительного пиролиза отходов биомассы в потоке горячего воздуха была создана опытная установка, представленная на рис. 1. Установка представляет собой камеру пиролиза (1) – диаметром 0,1 м, общей длиной 5,7 м. Камера пиролиза имеет п-образную конфигурацию.

Это позволяет осуществлять процесс как во взвешенном, так и в кипящем слоях. В камеру (1) нагретый воздух подается снизу, проходя через слой керамических колец, необходимый для выравнивания профиля скоростей воздуха по сечению трубы. Отходы биомассы подаются шнековым питателем, который, в свою очередь, обеспечивает герметичность загрузки.

В камере пиролиза организуется спутное движение отходов биомассы и воздуха. Скорость воздушного потока превышала скорость витания частиц биомассы в 1,5-2,0 раза. В процессе движения газовзвеси происходит нагрев биомассы и ее частичный пиролиз. Далее эти компоненты направляются в циклон (4), где происходит разделение газообразной и твердой фаз. Твердые частицы поступают в специальный бункер (5), в котором в плотном слое происходит дальнейшее выделение летучих компонентов, вплоть до полного разложения. Смесь воздуха с летучими продуктами пиролиза из циклона направляется в камеру сгорания (8), оборудованную запальником. После сжигания газовоздушной смеси, дымовые газы выбрасываются в дымовую трубу.

Во избежание конденсации смол, входящих в состав летучих продуктов пиролиза, камера пиролиза, циклон, бункер, а также все трубопроводы, по которым проходят летучие продукты пиролиза, выполнены теплоизолированными.

Экспериментальные исследования процесса термической переработки биомассы проводились в следующей последовательности:

- первая стадия – разогрев всей системы;

- вторая стадия – задание технологических параметров (расходы воздуха и биомассы, температура подогрева воздуха), определяющих показатели процесса;

- третья стадия – установление стационарного состояния процесса (до 15 минут) и определение основных показателей – состав смеси воздуха и продуктов пиролиза, температур по высоте камеры пиролиза;

- четвертая стадия – завершение процесса и определение материального баланса.

В таблице 1 представлены результаты материального баланса процесса пиролиза. Максимальное количество выхода летучих продуктов близка к 50 % от исходной биомассы. Таким образом, степень завершенности процесса пиролиза не превышает 70%. Полученные результаты связаны с тем, что при определении веса коксового остатка, учитывалась масса твердого остатка, поступившего в циклон за весь период процесса, в том числе до установления стационарного режима. Анализ химического состава продуктов пиролиза показал, что доля сгоревшей биомассы не превышает 7 %.

В результате исследований были определены технологические режимы, при которых наблюдается характерный процесс пиролиза с интенсивным выделением летучих компонентов. Результаты представлены в таблице 2 и на рис.2.

Таким образом, интервал рабочих температур при пиролизе лузги подсолнечника составляет 230-300 ?С. При этом расход воздуха менялся в интервале 42 – 52 м3/ч, расход биомассы – 4 – 12 кг/ч. Выбранные условия соответствуют диапазону изменения удельного расхода биомассы 0,08 – 0,18 кг/кг.

Таблица 1. Результаты экспериментальных исследований при

термической обработке лузги подсолнечника

опыта

Исходное

количество лузги, г

Количество коксового

остатка, г

Количество летучих

г

%

1

1303

624

679

52

2

1302

836

466

36

3

972

506

466

48

4

292

157

135

46

5

1166

813

353

32

Таблица 2. Технологические режимы процесса пиролиза

лузги подсолнечника

режима

Расход

воздуха, Q, м3/час

Расход

биомассы,

G, кг/час

Начальная температура подогрева воздуха, ?С

Удельный расход

биомассы, GУД,

кг бм/ кг возд

1

42,02

4,40

230

0,08

2

46,98

7,02

240

0,12

3

51,47

11,16

260

0,17

4

46,98

11,16

280

0,18

5

46,98

11,16

300

0,18

Выводы.

В результате экспериментальных исследований получены технологические параметры: соотношения расходов лузги подсолнечника и воздуха, начальная температура подогрева воздуха, которые обеспечивают устойчивое протекание процесса пиролиза.

Эти данные будут использованы при математическом моделировании процесса пиролиза биомассы в потоке горячего воздуха, что позволит определить действительные температуры частиц биомассы, степень разложения биомассы в потоке и в плотном слое, влияние влажности отходов на процесс пиролиза.

Библиографический список:

1. Основы практической теории горения / В.В. Померанцев, К.М. Арефьев, Д.Б. Ахмедов и др. – Л.: Энергоатомиздат, 1986. 312 с.

2. Губинский М. В., Шишко Ю. В., Усенко А. Ю. Частичная замена природного газа в нагревательных печах газом термической переработки биомассы // Труды научно-технич. конф. "Запорожсталь – 2000". – Запорожье: Запорожсталь. – 2000. – С. 74 – 75.

3. Левин Б.И. Использование бытовых твердых отходов в системах энергосбережения. – М.: Энергоиздат, 1982 – 384 с.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.