Підвищення ефективності енерготехнологічного процесу спалювання здрібненої деревної біомаси

Abstract

Дисертаційна робота присвячена розв'язанню актуального завдання – розвитку наукових основ процесу спалювання здрібненої деревної біомаси та вдосконалення паливневих пристроїв для підвищення ефективності її спалювання. У роботі уточнено умови застосування математичної моделі процесу теплового самозаймання деревної біомаси, що дало можливість дослідити особливості перебігу цього процесу з урахуванням та без урахування тепловідведення і сформувати вимоги до ефективного спалювання деревної біомаси в паливневих пристроях. Шляхом застосування у сукупності рівняння кінетики реакції горіння та методу найменших квадратів розроблено систему рівнянь для обчислення значень кінетичних констант реакції горіння деревини на основі результатів неізотермічного методу дослідження процесу горіння. Виконано експериментальні дослідження та визначено елементний склад різних порід деревини, зокрема і швидкоростучих сортів. За результатами термогравіметричного аналізу визначено кінетичні константи реакції горіння для верби енергетичної Salix, а також отримано аналітичні залежності відносної втрати маси зразка верби Salix від оберненої температури зразка, що дає можливість проаналізувати перебіг стадій процесу горіння зразка та сформувати вимоги до умов спалювання цієї породи деревини в паливневих пристроях. Визначено вплив коефіцієнта надлишку повітря на паливневий режим при спалюванні генетично модифікованої деревини, що дає можливість обрати оптимальні значення режимних параметрів процесу спалювання такої деревини та знизити рівень викиду шкідливих речовин. За результатами виконаних досліджень удосконалено конструкцію паливневих пристроїв для спалювання здрібненої деревної біомаси, що забезпечує зменшення втрат з механічним та хімічним недопалом і підвищення ефективність котлоагрегату на 1,0–2.0%. Результати дисертаційної роботи впроваджено на виробничих підприємствах, що займаються дослідженням, проектуванням, виробництвом та експлуатацією котельного устаткування. Диссертация посвящена решению актуальной задачи – развития научных основ процесса сжигания измельченной древесной биомассы и совершенствование топочных устройств для повышения эффективности ее сжигания. В работе уточнено условия применения математической модели процесса теплового самовоспламенения древесной биомассы, что позволило исследовать особенности протекания этого процесса с учетом и без учета теплоотвода и сформировать требования к эффективного сжигания древесной биомассы в топочных устройствах. Путем применения в совокупности уравнения кинетики реакции горения и метода наименьших квадратов разработана система уравнений для вычисления значений кинетических констант реакции горения древесины на основе результатов неизотермического метода исследования процесса горения. Выполнены экспериментальные исследования и определены элементный состав древесины, в том числе и быстрорастущих сортов. По результатам термогравиметрического анализа определены кинетические константы реакции горения для ивы энергетической Salix а также получены аналитические зависимости относительной потери массы образца ивы Salix от обратной температуры образца, что дает возможность проанализировать ход стадий процесса горения образца и сформировать требования к условиям сжигания этой породы древесины в топочных устройствах. Определено влияние коэффициента избытка воздуха на топочный режим при сжигании генетически модифицированной древесины, что позволяет выбрать оптимальные значения режимных параметров процесса сжигания такой древесины и снизить уровень выброса вредных веществ. По результатам выполненных исследований усовершенствована конструкция топочных устройств для сжигания измельченной древесной биомассы, обеспечивает уменьшение потерь с механическим и химическим недопалом и повышает эффективность котлоагрегата на 1,0–2.0%. Результаты диссертационной работы внедрены на производственных предприятиях, занимающихся исследованием, проектированием, производством и эксплуатацией котельного оборудования. The dissertation work is devoted to the solution of the actual problem - development of scientific bases of process of burning of the crushed wood biomass and improvement of fuel devices for increase of efficiency of its burning. The conditions of application of the mathematical model of the process of thermal spontaneous combustion of wood biomass are specified in the work, which made it possible to investigate the peculiarities of this process, taking into account and without taking into account heat dissipation and to form requirements for efficient combustion of wood biomass in fuel devices. By applying the combustion reaction kinetics equation and the least squares method together, a system of equations has been developed to calculate the values of the kinetic constants of the wood combustion reaction based on the results of the nonisothermal method of combustion process research. Experimental studies have been performed and the elemental composition of different wood species, including fast-growing varieties, has been determined. According to the results of thermogravimetric analysis, the kinetic constants of the combustion reaction for energy willow Salix were determined and the analytical dependences of the relative weight loss of the Salix willow sample on the inverse temperature of the sample were obtained, which makes it possible to analyze the stages of the combustion process of the sample and to form requirements for the conditions of combustion of this species of wood in fuel devices. The influence of the excess air coefficient on the fuel regime during the combustion of genetically modified wood is determined, which makes it possible to choose the optimal values of the regime parameters of the combustion process of such wood and reduce the level of emissions. According to the results of the performed researches the design of fuel devices for burning of crushed wood biomass is improved, which provides reduction of losses with mechanical and chemical afterburning and increases the efficiency of the boiler unit on 1,0–2.0%. The results of the dissertation work are implemented at the production enterprises engaged in research, design, production and operation of boiler equipment.