ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ ДЕРЕВООБРАБОТКИ В КАЧЕСТВЕ ТОПЛИВА КАК ПУТЬ РЕСУРСО - И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ
Новикова Д.Ю. (ГОУВПО БГТУ, г.Брянск, РФ)
Научный руководитель работы - к.т.н., доцент Курбатская Н.А.
The results of analysis of using wood waste as a fuel, effectiveness such sources of energy for air heating, hot water supplying and as source of hot air for different types of technological process, and analysis of problems concerned with burning of wood waste.
В Брянской области существует 183 предприятий непосредественнно занимающихся переработкой и использованием древесины в технологическом процессе: 133 деревообрабатывающих, 17 целлюлозно-бумажных, 33 лесозаготовительных. Весь комплекс ЛПК в экономике в Брянской области занимает 6,3%. Потребление топливных ресурсов предприятиями отрасли в среднем составляет 189 млн. м3. Для предприятий ЛПК источником экономии топливных и материальных может стать использования отходов переработки древесины в качестве топлива для генерации тепла, обеспечения горячего водоснабжения предприятий и генерации различного рода технологических энергоноситетелей.
Доля топливной составляющей при расчете себестоимости производства тепловой энергии достигает 40-60%. Применение НЭТ, одним из преимуществ которых является низкая стоимость (рис.1) по сравнению с товарными видами топлива с сопоставимой теплотой сгорания (рис.2), для производственно-технологических нужд снижает себестоимость продукции.
Рисунок 1 - Стоимость различных Рисунок 2 - Оценка калорийности
видов топлива для производства 1 Гкал различных видов топлива
По статистике на 2007 год объем заготовки древесины по Брянской области составил 1721,3 тыс.м3. К 2010 году администрацией Брянской области установлено увеличение объемов деревозаготовки на 800 тыс.м3. Таким образом, к 2010 году объемы лесозаготовки должны были составить 2521 тыс.м3. Средняя норма отходов по всей лесообрабатывающей отрасли составляет 10-15%. Следовательно при действительном объеме лесозаготовок 2500 тыс.м3 нетоварными становятся 250 – 375 тыс.м3 древесины. При средней плотности 400 кг/м3 масса утилизационной древесины составит 150000 тонн. Даже с влажностью более 15% калорийная ценность этого объема составит 18·108 МДж. Отходы деревопереработки могут заместить 26 – 30% топливных ресурсов, используемых на предприятиях. В Европе этот показатель достигает 40-44% за счет правильной переработки отходов и повышения их энергетического потенциала.
При сжигании древесных отходов и топлив растительного происхождения (далее - низкосортные энергетические топлива – НЭТ) возникают следующие сложности, требующие пристального внимания к конструкции топок и организации процесса сжигания: повышенные потери с механическим недожогом, уменьшение КПД установки, увеличенные выбросы в атмосферу, зашлаковывание поверхностей нагрева, эрозийный износ. Все выше перечисленное является основным препятствием для организации устойчивого топочного процесса
Основные конструктивные решения для сжигания НЭТ: выносные топки для предотвращения шлакования поверхностей нагрева, вертикальное и наклонное вертикальное зеркало горения, большие размеры топочных камер.
Отличительной особенностью топок для сжигания НЭТ являются большие размеры топочных камер, но современные условия производства требуют компактности и мобильности оборудования.
Размеры топок имеют определяющее значение для процессов теплоотдачи и кинетики движения теплоносителя. Одним из важных параметров процесса горения является коэффициент избытка воздуха. Большое внимание следует уделять выбору футеровочных материалов.
Одной из главных задач при конструировании топок для сжигания НЭТ, которую следует решить, является оценочный расчет оптимальных параметров процесса и конструктивных размеров для предполагаемого режима работы. Подобные расчеты трудоемки и затратны по времени. Нами для исследования в среде объектно-ориентированного программирования Borland Delphi, создана программа для расчета горения топлива и теплового расчета топочной камеры при изменяющихся параметрах процесса сжигания топлива, позволяющая так же сравнивать различные варианты конструкций камер, эффективность их работы на различных видах топлива и режимах эксплуатации. Программа успешно прошла верификацию с применением справочных и опытных данных.
На рис. 3 представлены результаты исследования влияния конструктивных характеристик топки на ключевые характеристики работы установки, вертикальной цилиндрической топки, работающей на фрезерном торфе, которая является составной часть автономного подогревателя воздуха.
Одним из основных результатов исследования стало построение поверхностей, отражающих влияние конструктивных параметров: диаметра и высоты - на основные параметры, характеризующие эффективность работы топочного блока. К таким параметрам можно отнести температуру продуктов сгорания на выходе из топки, температуру стенок топки, тепловое напряжение топочного объема.
Рисунок 3 - Влияние конструктивных характеристик топки на:
1 – температуру отходящих газов, 2- тепловое напряжения топочного объема, 3 – температуру стенки топки
Для рассматриваемого объекта были определены оптимальные параметры работы:
- коэффициент избытка воздуха 1,15…1,35, обеспечивающий полное сгорание торфа и оптимальную температуру горения и отходящих газов
- геометрические размеры топочной камеры должны удовлетворять условию D2H>1.45 и D2H<2.04. Данные значения соответствуют допустимым значениям по удельному тепловому напряжению топочного объема, расчетные геометрические размеры гарантируют возможность конструктивного исполнения и нормальную работу топочной камеры, при которой скорость движения отходящих газов и, соответственно, время их пребывания в топке обеспечивают температуру ограждающих поверхностей меньше максимально допустимой для выбранного типа футеровки.
Построение представленных графиков дает картину процессов в топочной камере при различных конструктивных вариантах исполнения и режимах работы, что может быть использовано в проектной, исследовательской и эксплуатационной деятельности.
Проведенный анализ рынка существующих установок подобного типа и назначения и тарифов на энергоносители позволяет говорить об эффективности вовлечения НЭТ в топливный баланс предприятия.