Министерство образования и науки России Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет» Н.Ф. Тимербаев КОМПЛЕКСНАЯ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПРЯМОТОЧНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ Монография Казань 2011 УДК 662.61:662.63 ББК 37.130 Тимербаев Н.Ф. <...> Комплексная энерготехнологическая переработка древесных отходов с применением прямоточной газификации: монография/ Н.Ф. Тимербаев/ М-во образ. и науки России, Казань: КНИТУ, 2011. <...> ISBN 978-5-7882-1162-6 Представлены результаты исследования процессов термической переработки древесных отходов: приведена классификация и энергетические характеристики древесных отходов как биотоплива, рассмотрена кинетика процесса прямоточной газификации древесины, представлено аппаратурное оформление процессов термической переработки древесных отходов. <...> Кайнов © Тимербаев Н.Ф., © Казанский национальный исследовательский технологический университет, 2011 2 ВВЕДЕНИЕ Россия - страна с огромным запасом лесных ресурсов. <...> Разрабатываемые и используемые в настоящее время слоевые газификаторы ориентированы в основном на получение тепловой энергии 3 и в большинстве своем вырабатывают генераторный газ, забалластированный азотом, парами воды и загрязненный продуктами сухой перегонки и пиролиза древесины. <...> Различные неслоевые типы газификаторов позволяют получать более качественный генераторный газ, однако они работают под большим избыточным давлением либо при высоких температурах процесса, что значительно усложняет их аппаратурное оформление и, как следствие, их стоимость, что делает нерентабельной переработку древесных отходов в условиях малых деревообрабатывающих предприятий. <...> Помимо этого, более 70 % от общей массы древесных отходов ЛПК имеют высокую влажность, что значительно осложняет их энерготехнологическую переработку <...>
Комплексная_энерготехнологическая_переработка_древесных_отходов_с_применением_прямоточной_газификации.pdf
УДК 662.61:662.63
ББК 37.130
Тимербаев Н.Ф.
Комплексная энерготехнологическая переработка древесных
отходов с применением прямоточной газификации: монография/
Н.Ф. Тимербаев/ М-во образ. и науки России, Казань: КНИТУ,
2011. – 252 с.
ISBN 978-5-7882-1162-6
Представлены результаты исследования
процессов
термической переработки древесных отходов: приведена
классификация
и энергетические характеристики древесных
отходов как биотоплива, рассмотрена кинетика процесса
прямоточной газификации древесины, представлено аппаратурное
оформление процессов термической переработки древесных
отходов.
Предназначена для ИТР,
обучающихся по лесотехническим специальностям.
Подготовлена на
кафедре «Переработка
аспирантов и студентов,
древесных
материалов».
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Казанского Национального исследовательского технологического
университета.
Рецензенты:
зам. ген. директора
ВКНИИЛП по научной работе
канд. техн. наук, ст. науч. сотр.
директор
НПП «ТермоДревПром»
канд. техн. наук
ISBN 978-5-7882-1162-6
А.А. Аксянов
П.А. Кайнов
© Тимербаев Н.Ф.,
© Казанский национальный
исследовательский
технологический
университет,
2011
2
Стр.2
СОДЕРЖАНИЕ:
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1.
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ
ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСНЫХ
ОТХОДОВ
1.1. Классификация
и
характеристики древесных отходов
1.2. Термохимические методы переработки отходов
ЛПК
1.3. Современное состояние техники и технологии
процесса газификации
1.3.1. Теоретические
газификации
1.3.2. Аппаратурное
газификации
оформление процесса
1.4. Основные подходы к математическому описанию
процесса газификации
Глава 2. ФОРМАЛИЗАЦИЯ СВОЙСТВ
ДРЕВЕСИНЫ
2.1. Компонентный состав древесины
2.2. Термическое разложение древесины
2.2.1. Влияние условий деструкции на процесс
термического разложения и выход продуктов
2.2.2. Термопревращения гемицеллюлоз
2.2.3. Термопревращения целлюлозы
2.2.4. Термопревращения легнина
2.3. Структурно-механические свойства древесных
отходов
2.4. Свойства древесины как объекта сушки
2.5. Свойства и применение продуктов сгорания как
сушильного агента
Глава 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА
ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПРЯМОТОЧНОЙ
249
ПРОЦЕССА
ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ С
ПРИМЕНЕНИЕМ
38
43
51
51
54
55
59
60
65
67
72
79
83
основы процесса
11
1.2.1. Техника и технологии сжигания отходов ЛПК 12
1.2.2. Пирогенетическая переработка отходов ЛПК
28
22
27
энергетические
7
3
5
Стр.249
ГАЗИФИКАЦИИ
3.1. Физическая картина процесса
3.2. Формализация процесса энерготехнологической
переработки
3.3. Математическое
энерготехнологической
описание
переработки
3.3.2. Тепломассоперенос в пиролизной зоне
3.3.3. Расчет процесса горения пиролизных газов
3.3.4. Тепломассоперенос в восстановительной
зоне
3.4. Методика решения и алгоритм расчета процесса
газификации отходов деревообработки
Глава 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ
ИССЛЕДОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА
ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ
ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
МЕТОДА ПРЯМОТОЧНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ
4.1. Разработка экспериментальных установок для
исследования энерготехнологической переработки
древесных отходов с применением прямоточной
газификации
4.1.1. Экспериментальный стенд для исследования
процесса
прямоточной
деревообработки
4.1.2 Установка для исследования процесса
предварительной сушки отходов лесопромышленного
комплекса при конвективном подводе тепла
4.1.3. Экспериментальный стенд для исследования
совмещенных процессов сушки и горения древесных
отходов топочными газами
4.1.4. Экспериментальная установка для определения
параметров процесса в зоне пиролиза
4.1.5. Установка для исследования процессов
250
132
134
140
143
газификации
отходов
116
124
процесса
древесных
отходов с применением прямоточной газификации
3.3.1. Тепломассоперенос при сушке отходов
деревообработки
92
106
112
114
83
89
92
125
125
Стр.250
протекающих в восстановительной зоне узла
газификации
4.2. Методика проведения экспериментальных
исследований
экспериментальное
Анализ
4.3 Метаматематическое моделирование и
процессов,
исследование
протекающих при энерготехнологической переработке
древесных отходов с применением прямоточной
4.3.1.
результатов
конвективной сушки влажных древесных отходов
отработанными топочными газами
4.3.2. Анализ результатов моделирования процесса
газогенерации в пиролизной зоне
4.3.3. Анализ
процесса газификации
восстановления
результатов моделирования
в зонах окисления и
Глава 5 ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ
РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА
ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ
ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ
ПРЯМОТОЧНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ
5.1. Расчет технологических параметров и отдельных
узлов
энерготехнологического
5.1.1. Расчет параметров топочного устройства
5.1.2.
переработке древесных отходов
Расчет
прямоточного типа
5.1.3. Аэродинамический расчет газовоздушного
тракта энерготехнологического комплекса
5.2. Разработка прямоточных
газификаторов,
совмещенных с узлом предварительной сушки
древесных отходов
5.2.1. Газификатор для переработки высоковлажных
материалов
5.2.2.
Газогенератор
синтезированных продуктов
5.2.3. Газификатор для переработки древесных
отходов, содержащих полимерные включения
5.2.4. Газификатор для переработки древесных
251
для
производства
187
193
195
199
185
187
параметров
комплекса
по
газогенератора
176
182
159
163
175
моделирования
148
145
146
176
Стр.251
отходов в синтез-газ
5.3. Разработка опытно-промышленных установок
переработки древесных отходов
5.3.1. Установка для термической переработки
древесных
включения
отходов,
содержащих
полимерные
5.3.2. Установка для газификации древесных отходов
повышенной влажности
5.4. Алгоритм выбора
переработки древесных отходов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Условные обозначения
ЛИТЕРАТУРА
газогенераторов для
207
212
214
216
219
201
201
252
Стр.252