СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПОДАЧИ И СЖИГАНИЯ ГАЗОВОГО ТОПЛИВА В УТИЛИЗАЦИОННЫХ УСТАНОВКАХ МАЛОЙ МОЩНОСТИ

IMPROVEMENT OF GASDYNAMIC PROCESSES OF GAS FUEL SUPPLY AND COMBUSTION IN LOW CAPACITY RECOVERY PLANTS

JOURNAL: CONSTRUCTION ECONOMIC AND ENVIRONMENTAL MANAGEMENT  Volume №3 (80), 2021

Section 5. Problems of construction organization

Publication text (PDF): Download

UDK: 662.76.032

AUTHOR AND PUBLICATION INFORMATION

AUTHORS:

  1. Egorov S.A. V.I. Vernadsky Crimean Federal University, Simferopol, Crimea

TYPE: Article

DOI: https://doi.org/10.37279/2519-4453-2021-3-134-138

PAGES: from 134 to 138

STATUS: Published

LANGUAGE: Russian

KEYWORDS: pyrolysis, polymer waste, thermal processes, condensation.

ABSTRACT (ENGLISH): The paper considers a method for obtaining liquid fuel during the processing of polymer waste in periodic loading plants when organizing the combustion of gas fuel in low-power heat generating plants by improving the pyrolysis process and cooling to vapor condensation, as one of the ways to solve the problem of resource-saving technologies.

ВВЕДЕНИЕ

Мировое энергопотребление, в ближайшие полвека, будет уменьшаться примерно на 40%. Это связано с увеличением доли энергосберегающих технологий и повышения культуры энергетического и ресурсного потребления. Меняется и структура энергопотребления, постепенно будут отказываться от нефти, доля потребления газа также значительно уменьшиться.

Поскольку биомасса является основным источником энергии
на планете, она образуется из диоксида углерода и воды, при фотосинтезе, с
выделением кислорода. В результате содержание углекислого газа в атмосфере не меняется. В связи с этим, биомасса имеет ряд достоинств, как топливо. Использование биомассы для получения энергии более безопасно с точки зрения экологии, чем, к примеру, угля в связи с низким содержанием серы.

АНАЛИЗ МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДОВ

Автором был предложена конструкция установки и метод для переработки полимерных отходов с комбинированным получением жидкого топлива, высокопотенциальной тепловой энергии и (или) электрической энергии.

Предложенная конструкция, схема которой приведена на рисунке 1, относится к области использования отходов в качестве энергетических и материальных ресурсов, в частности – для пиролиза, и может быть использована для получения топлива, тепловой и электрической энергии при утилизации полимерных отходов путем пиролиза и последующего охлаждения и конденсации генераторного газа до жидкого состояния полученного топлива [1-3].

Рис. 1. Конструкция пиролизной установки: 1- Газовый баллон; 2 – Газовая горелка; 3 – Емкость для вторичного сырья; 4 – Отверстие для загрузки пластика; 5 – Манометр; 6 – Теплообменник; 7 – Накопитель для топливного конденсата.

Аэродинамические исследования процесса газогенерации выполнены в лаборатории по теплоэнергетике академии с использованием образцов известных мировых фирм, по договорам о сотрудничестве с академией строительства и архитектуры. Специально был создан экспериментальный стенд для тепловых испытаний, в основу которого положено установка предложенного газогенератора (рис. 1). Данная установка позволяет измерять температуру рабочего процесса, количество топлива полученное на выходе, а также время для переработки пластика (измерения проводились с помощью секундомера) и давление с помощью манометра. Температуру в камере сгорания пластика в установке, а также температуру на охладителе фиксировались с помощью пирометра и термопары. Количество потраченного газа фиксировалось с помощью весов предварительно взвесив баллон до и после эксперимента. Вес пластика подаваемый в камеру сгорания фиксировался с помощью электронных весов. В верхней части установки был установлен теплообменник, с помощью которого происходил нагрев воды. Температура воды фиксировалась на входе и на выходе из теплообменника, с помощью датчиков температуры [4-8].

ЦЕЛЬ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Целью работы является совершенствование газодинамических процессов подачи и сжигания газового топлива в установках малой мощности с использованием возобновляемых источников энергии, как одно из направлений решения проблемы энерго-и ресурсосберегающих технологий, в элементах которой получается высоко потенциальной теплоноситель, что позволяет существенно повысить эффективность использования топливно – энергетических ресурсов.

Задача решается за счет того, что в процессе утилизации полимерных отходов происходит их нагрев и в результате пиролиза получается газ, который из камеры сгорания попадает в теплообменник. В теплообменнике полученный газ охлаждается до полной конденсации. Полученный конденсат является топливом по химическому составу аналогичного низкосортным сортам мазута. При этом, тепло, полученное при конденсации, полученное в результате пиролиза газа и тепло от дымовых газов можно использовать как дополнительный источник для системы отопления.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Для достижения поставленной цели была проведена серия экспериментальных исследований. Исследования выполнялись при следующих условиях:

— температура окружающей среды tср=22℃;

— давление окружающей среды Ратм=101325 Па;

— начальная температура пластика tп1=22℃;

В качестве варьируемых параметров приняты:

— количество загрузки пластика (X1) кг/с;

— количество газа используемое для переработки пластика, (X2) кг/час.

Планирование и осуществление эксперимента проводилось на основании анализа результатов, полученных в работах [8, 9]. Для проведения эксперимента был использован ортогональный план второго порядка с дополнительными тремя опытами в центре плана, который приведён в таблице 1.

Таблица 1.

Уровни варьирования принятых параметров

Уровни

факторов

Факторы
X1, кг X1, кг  
0 Основной (нулевой) 1,44 1,32  
-1   Нижний 1,2 0,64  
+1 Верхний 1,68 2  
Интервал варьирования 0,24 0,68  

Согласно [1] при числе факторов k=2 и n0 = 3 величина звездного плеча составляет α = 1,148≈1,15, поэтому матрица планирования выглядит (таблица 2) следующим образом:

Таблица 2.

Ортогональный план второго порядка для двух факторов и с тремя опытами в центре плана

   № опыта Факторы

(кодированные значения)

Факторы

(натуральные значения)

Отклик
X1 X2 X1, кг X2, кг/час Yj, ОС
Ядро плана 1 -1 -1 1,2 0,64 33,5
2 1 -1 1,68 0,64 49
3 -1 1 1,2 2 59
4 1 1 1,68 2 62
Звездные точки 5 0 0,22 1,32 75
6 0 0,18 1,32 82
7 0 1,44 0,3 77
8 0 1,44 0,1 70
Центр плана 9 0 0 1,44 1,32 62
10 0 0 1,44 1,32 51

На основании обработки данных эксперимента получена регрессионная зависимость выработки жидкого топлива от количества загрузки исходного пластика при изменении объема подаваемого газа для процесса пиролиза:

Анализ полученного уравнения регрессии выполнен в виде графических зависимостей объема получаемого жидкого топлива в процессе пиролиза при изменении массы исходного пластика и объема подаваемого газа, рисунок 2 и 3.

Рис. 2. Графики зависимости количества получаемого жидкого топлива от массы перерабатываемого пластика при различных расходах газа на горение и температуре охлаждения

Рис. 3. Графики зависимости количества получаемого жидкого топлива от массы сжигаемого газа при варьировании массой перерабатываемого пластика и температуре охлаждения

ВЫВОДЫ

  1. Разработана конструкция комбинированной автономной теплогенерирующей установки, которая относится к области использования вторичных энергетических и материальных ресурсов, в частности – установок для пиролиза и может быть использована для получения топлива, тепловой и электрической энергии при утилизации пластиковых бытовых отходов путем пиролиза пластмассы и последующего охлаждения полученного таким образом генераторного газа.
  2. Впервые экспериментально выявлена зависимость изменения выработки жидкого топлива при влиянии температуры и давления в аппарате.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Аверкова, О.А. Математическое моделирование процессов в системах аспирации: учеб. Пособие [Текст] / О.А. Аверкова, К.И. Логачев. – Белгород: БГТУ, 2007. – 271 с.
  2. Мелькумов, В.Н. Математическое моделирование воздушных потоков в помещениях больших объемов [Текст] / В.Н. Мелькумов, А.В. Лобода, С.В. Чуйкин // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура, 2014. – № 2. – С. 11-18.
  3. Wagh, Р. Optimization of a Shell and Tube Condenser using Numerical Method / Р. Wagh, M.U. Pople // Int. Journal of Engineering Research and Applications, 2015. – Vol. 7. – Р. 9-15.
  4. Зайцев, О.Н. Интенсификация процессов взаимодействия вращательных газовых потоков в эргосберегающих технологиях теплоэнергетики: диссертация [Текст]: дис… док-ра техн. Наук: 05.14.06 / Зайцев Олег Николаевич. – Одесса, 2004. – 330с.
  5. Зайцев, О.Н. Конусно-спиральный рекуператор теплоты отходящих дымовых газов бытовых котлов [Текст] / О.Н. Зайцев, И.П. Ангелюк, Н.А. Степанцова // Строительство и техногенная безопасность, 2018. – №13(65). – С. 159-161.
  6. Гримитлин, А.М. Математическое моделирование в проектировании систем вентиляции и кондиционирования [Текст] / А.М. Гримитлин, Т.А. Дацюк, Д.М. Денисихина – М.: АВОК СевероЗапад, 2013. – 192 с.
  7. Zaycev, O.N. Experimental study of the aerodynamic resistance of a conical-spiral heat exchanger of the outgoing flue gases / O.N. Zaycev, I.P.  Angeluck, S.S. Toporen // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 2019. – №698 – 055033.
  8. Методы планирования и обработки результатов инженерного эксперимента: Учеб. Пособие [Текст] / Н.А. Спирин, В.В. Лавров, Л.А. Зайнуллин, А.Р. Бондин, А.А. Бурыкин; Под общ. Ред. Н.А. Спирина. – Екатеринбург: ООО «УИНЦ», 2015. – 290 с.
  9. Зимонт, В.Л. Исследование турбулентного течения на начальном участке цилиндрического канала с острыми кромками [Текст] / В.Л. Зимонт, В.Е. Козлов, А.А. Прасковский // Ученые записки ЦАГИ, 1981. – №1 Том 12. – С. 145-152.
Interwin Sweet Bonanza 1000 INTERWIN Slot Demo Gratis Sweet Bonanza 1000 Terbaru Interwin Daftar isport365 Situs Slot Depo Pulsa Tanpa Potongan Terbaik Daftar Slot Star Win88 Terbaik Rekomendasi Slot88 Win & Starwin88 Slot SLOT INTERWIN DEPOSIT QRIS TANPA POTONGAN Situs Slot Online Server UG slot deposit kripto usdt slot deposit qris gacor 2024 UG Slot88 Server Resmi UG 2024 Terbaik Situs Slot UG Server Ultimate Gaming Asli Info Cara Maxwin Bermain Slot Gacor Liga Slot Gacor Terupdate 2024 - Liga Slot Hari Ini Situs Slot Server UG Pasti JP - Gampang Raih Jp & Maxwin di UG Slot Cheat Slot 2024 - Bandar Slot Pasti Rungkat Agen Slot Gampang Maxwin - Slot Bocor Anti Sedot Wc Daftar Situs Judi Slot Terbaru Gampang Maxwin 2024 Portal Bandar Slot Gacor 2024 Tempatnya para bandar slot gacor 2024 LINK ALTERNATIF INTERWIN LOGIN Link Slot Hoki Gacor Maxwin Hari Ini Slot Depo Qris Resmi Terpercaya INTERWIN Link Login Situs Big Slot Resmi INTERWIN Mega Slot Gacor Maxwin Cherry188 Daftar Cherry188 Login Cherry188 Slot Pulsa Login Cherry188 Slot Interwin.id Interwin official slot qris rtp interwin starwin88 raja starwin88 thailand ibet44 official ibet44 slot royalslot official royal slot login macaoslot vip login macaoslot official cherry188 official cherry188 pusat gacor isport365 official isport365 link

Kunjungi:interwin

interwin

Lapak Game Berhadiah Uang Terbaik

scatter hitam

royalslot macaoslot interwin bet vip interwin link alternatif interwin indonesia interwin login rtp interwin interwin indonesia Link Slot Bonus 100% di Awal T.O Terendah macaoslot login macaoslot link alternatif rtp macaoslot daftar macaoslot macaoslot indonesia Interwin Official Situs Slot Gacor Terpercaya Hoki Maxwin di Indonesia