Котельная с газогенератором на древесных отходах

Бункер для топлива  имеет цилиндрическую форму с  горизонтальной осью симметрии. В нижнюю часть бункера вварен кожух для  шнекового транспортера. Параллельно  шнеку в бункере на радиальных подшипниках установлен вал с  петлями из стального каната, предназначенный  для устранения зависания топлива  в бункере. Привод шнекового транспортера и вала ворошителя осуществляется от отдельных мотор-редукторов . 

Принцип работы комплекса

Топливо из бункера подается шнековым транспортером  в топку газогенератора на наклонную  колосниковую решетку.

Генераторный  газ образуется в результате неполного  сгорания твердого топлива при ограниченном доступе воздуха.

Бункер газогенератора доверху  заполняют древесными чурками, а  нижнюю его часть, начиная от камеры горения, заполняют углем, топливо  поджигают; тяга воздуха через газогенератор  осуществляется работающим двигателем.

В работающем газогенераторе все внутреннее его пространство можно разбить на четыре зоны: зона подсушки топлива, зона сухой перегонки, зона горения и зона восстановления.

Зона подсушки топлива расположена в верхней части бункера; температура в ней при работающем газогенераторе равна 150—200° С. При этой температуре топливо, находящееся в этой зоне, подвергается предварительной подсушке, и из него испаряется влага.

Зона сухой  перегонки расположена в средней части бункера до камеры горения. Температура в этой зоне равна 300—500°С, и топливо, поступающее туда из зоны подсушки, подвергается сухой перегонке, т. е. сильному подогреву без доступа воздуха. Топливо обугливается, и из него выделяются смолы, кислоты и другие продукты сухой перегонки.

Зона горения расположена на уровне фурм. Поступающее в зону горения обугленное топливо и продукты сухой перегонки его при наличии достаточного количества кислорода, подводимого с воздухом через фурмы, сгорают. Температура в зоне горения достигает 1100—1300° С. При сгорании топлива кислород воздуха соединяется с углеродом топлива, и образуется негорючий углекислый газ.

Зона восстановления расположена между зоной горения и колосниковой решеткой. В этой зоне находится раскаленный уголь, поступающий сюда из зоны горения. Температура в зоне восстановления достигает 900-1100°С.

Углекислый газ, получаемый в зоне горения, проходит через слой раскаленного угля зоны восстановления, соединяется с частицами углерода и восстанавливается в горючий  газ — окись углерода.

Просасываемые через зоны горения и восстановления смолы  и пары воды под действием высокой  температуры разлагаются и частично сгорают, образуя различные газы. В результате газификации твердого топлива получается генераторный газ, представляющий собой смесь различных газов, основными горючими частями которого являются окись углерода и водород. Газ поступает через систему охлаждения и очистки к смесителю, где, смешиваясь с воздухом, образует горючую смесь.

Произведенный в газогенераторе газ направляется в топку котла, где дожигается, нагревая водотрубную часть котла. На выходящем из котла трубопроводе установлены два датчика температуры  воды: текущей и предельно допустимой (95ºС). Пульт управления обеспечивает поддержание заданной температуры  воды на выходе из котла.

Пульт управления с датчиками

После розжига комплекса  и получения устойчивого горения  в топке газогенератора оператор переводит пульт управления в  автоматический режим. Комплекс начинает работать в интенсивном режиме, при  этом включается дутьевой вентилятор и шнековый транспортер начинает работать с заданными на этом режиме значениями работы и паузы. Как только температура воды, выходящей из котла  достигнет заданного на пульте значения, автоматически отключается дутьевой вентилятор, а шнековый транспортер  начинает работать с интервалами  работы и паузы, заданными для  поддерживающего режима. В случае понижения температуры воды, выходящей  из котла, комплекс КСДО переходит в  интенсивный режим работы и т. д.

Дутьевой вентилятор нагнетает  воздух под колосниковую решетку, что  улучшает процесс горения, особенно влажного топлива. Дутьевой вентилятор работает только в интенсивном режиме работы комплекса.

Автоматическая подача обеспечивает равномерное горение топлива и поддержание температуры воды на выходе из котла в заданном диапазоне, что особенно важно при использовании комплекса в системах теплоснабжения, например, сушильных камер.

При снижении уровня топлива  в бункере до уровня установки датчика минимального уровня топлива в бункере, срабатывает звуковая и световая сигнализация.

Комплекс оборудован системой пожаротушения: при возгорании топлива в шнеке пульт управления открывает клапан подачи воды на шнек и включает звуковую и световую сигнализацию.

Пульт управления комплексом обеспечивает:

• поддержание температуры воды на выходе из котла в заданном диапазоне
• индикацию температуры воды на выходе из котла
• выключение подачи топлива в газогенератор и дутьевого вентилятора газогенератора при достижении температуры воды на выходе из котла 95ºС (предаварийная ситуация), при этом циркуляционный насос продолжает работать
• подачу воды на шнек при возгорании топлива
• световую и звуковую сигнализацию при возникновении аварийных ситуаций: достижение температуры воды на выходе из котла 95ºС, возгорание топлива в шнеке, отсутствие топлива в бункере.

Преимущества комплекса:

• использование дешевого местного топлива
• решение проблемы вывоза отходов деревопереработки
• снижение затрат на получение тепловой энергии
• стабильность температуры теплоносителя за счет автоматического регулирования процесса сжигания
• экологическая и пожарная безопасность
• простота обслуживания

 

ХАРАКТЕРИСТИКА  ДРЕВЕСНОГО ТОПЛИВА,    УПОТРЕБЛЯЕМОГО  ДЛЯ   ГАЗИФИКАЦИИ

В настоящее время древесина  является основным видом топлива  для тракторных газогенераторов  в СССР.

По запасу древесного топлива СССР занимает первое место  в мире, имея около 30% всей мировой площади лесов. Отходы древесины при ее переработке могут служить почти неиссякаемым источником топлива для транспортных газогенераторов.

В поперечном разрезе любое  дерево имеет следующее строение: в центре находится сердцевина, которую  окружает ядро, являющееся собственно древесиной; за древесиной расположена  заболонь и затем наружная часть  — кора.

Заболонь и древесина (ядро) состоят из клеток, наполненных соком, водой и воздухом. Стенки клеток состоят из клетчатки или целлюлозы С₆Н₁₀О₅ и скреплены между собой органическим цементом, который называется лигнином С₁₉Н₂₄О₁₀ и представляет собой смесь различных органических веществ.

Абсолютно сухая  древесина содержит 48—54% целлюлозы  и 27% лигнина. В древесине сырого дерева целлюлоза и лигнин составляют около 45% всего веса, остальное — древесный сок, представляющий собой почти исключительно воду и минеральные вещества.

Горючей частью древесины  являются целлюлоза и лигнин. Так как целлюлоза представляет собой определенное химическое соединение и имеет постоянный состав, а состав лигнина колеблется в очень незначительных пределах, то органическая масса древесины различных пород по химическому составу мало отличается одна от другой. Поэтому при расчетах задаются следующим средним составом органической массы древесного топлива независимо от его породы (в %):

С°   Н°      (0° + №)

              50     6        44

В табл. 9 приведены  химический состав и теплотворность органической массы древесины различных пород.

Таблица 9.Состав и теплотворность органической массы древесины различных пород

Порода древесины	Органическая масса				Теплотворность
Дуб	50,35	6,05	42,34	1,26	4390
Бук	49,5	6	43,59	0,91	4500
Лиственница	50,1	6,3	43,6	43,6	4465
Береза	49,3	6,1	43,45	1,15	4460
Ясень	49,2	6,27	43,83	0,7	4410
Сосна	50,2	6	43,4	0,4	4560
Ель	49,95	6,40	43,65	43,65	4510

 

Исследования  газификации  древесины  различных  пород  показали, что состав генераторного газа не зависит от породы древесины. Теплоемкость древесины колеблется от 0,57 (дуб) до 0,65 ккал/кг° С (сосна и ель).

Содержание влаги W^p в свежесрубленной древесине колеблется от 35 до 61 % и зависит от породы, возраста дерева, условий роста, времени его рубки и других факторов. Ниже приведена относительная влажность свежесрубленной древесины различных пород в  %:

Хвойные породы 54—61

Мягкие лиственные породы 45—53

Твердые лиственные породы 35—41

В различных частях дерева содержание влаги неодинаково. Наибольшей влажностью отличаются корни, вершина  и комель дерева. Содержание влаги  в древесине разного возраста также неодинаково: молодая древесина  имеет большую влажность, чем  старая. Наименее влажной частью является средняя часть ствола.

Действительный удельный вес древесины всех пород колеблется в  пределах  1,5—1,6 кг 1л.

Вес 1 м³ влажных дров или чурок может быть определен по следующей формуле:

где G_cyx — вес 1 м³ абсолютно сухих дров или чурок.

От влажности  древесного топлива в значительной степени зависит протекание процесса газификации, теплотворность газа и мощность газового двигателя. При повышенном содержании влаги в древесине резко понижается температура в активной зоне газогенератора, а также теплотворность генераторного газа и мощность двигателя. Ниже приведены результаты исследований,  проведенных в Научно-исследовательском тракторном  институте  (НАТИ),   по  влиянию влажности березовых чурок   на теплотворность   генераторного газа (табл.  11) и мощность двигателя.

Таблица 11.Состав генераторного газа и его теплотворность в зависимости от влажности древесных чурок

Влажность чурок в рабочем состоянии  в %	Состав генераторного газа в %						Низшая теплотворность газа в ккал/нм3
	СО	H2	CH4	CO2	O2	N2
11	21	15	3.6	10.6	0.6	49.2	1333
13,2	16.8	20.7	3.5	12.8	0.4	45.8	1343
16,7	18	14.4	3.6	9	1	54	1226
22,6	13.6	17.6	3	11	0.4	54.4	1125
27,2	9	9.7	3.7	16	0.4	61.2	839

 

 

Древесину можно сушить естественным путем в любом виде (бревна, поленья, доски, чурки и т. д.); однако при  малых размерах древесина будет  просыхать значительно быстрее.

Интенсивность естественной сушки древесины определенных размеров зависит от относительной влажности, температуры и скорости движения воздуха. При этом, чем выше температура  и скорость движения окружающего  воздуха, тем быстрее происходит сушка древесины. С увеличением относительной влажности воздуха скорость сушки уменьшается, а с уменьшением — увеличивается.