Как обустроить мансарду?



Как создать искусственный водоем?



Как наладить теплоизоляцию?



Как сделать стяжку пола?



Как выбрать теплый пол?



Зачем нужны фасадные системы?



Что может получиться из балкона?


Главная страница » Энциклопедия строителя

содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5] [стр.6] [стр.7] [стр.8] [стр.9] [стр.10] [стр.11] [стр.12] [стр.13] [стр.14] [стр.15] [стр.16] [стр.17] [стр.18] [стр.19] [стр.20] [стр.21] [стр.22] [стр.23] [стр.24]

страница - 7

Мелкомасштабные методы сжигайия:. Самый простой метод сжигания биомассы - это сжигание на открытом огне. В этих случаях эффективность сжигания очень низка. При сжигании топлива в традиционных печах отношение выделившейся энергии к энергии подведенной может быть менее 10% [61]. В последние годы были сконструированы эффективные дровяные печи и бойлеры [7]. Значительная потеря тепла в простых топках происходит из-за чрезмерной тяги в дымоходе; простое ограждение для огня и ограничение тяги повышают эффективность сгорания до 25 %. В настоящее время имеются значительно более эффективные дровяные печи; комната, где установлена такая печь, получает до 70 % энергии сгорания топлива или в результате излучения, или в результате конвекции. Однако средняя эффективность дровяных печей составляет все еще около 50 %.

Была разработана система центрального отопления с использованием дров в качестве топлива, дающая до 0,4 ГДж/ч. Технология и эффективность нагрева, обеспечиваемая обычными и усовершенствованными системами, достаточно полно описаны в литературе [8]. Основным недостатком многих систем является трудность обеспечения автоматической подачи топлива и необходимость постоянного внимания со стороны пользователей. В целях частичного решения проблемы были созданы системы, предназначенные дпя использования многих видов топлива; при желании работа в автоматическом режиме достигается путем переключения на ископаемые виды топлива.

Основной проблемой небольших систем сжигания биомассы является накопление агрессивных масел и смол в более холодных частях дымохода. Эти скопления необходимо периодически удалять; дымоход можно очищать также путем пропускания через него горячих газов (однако наряду с удалением нежелательных соединений теряется и. полезное тепло).

Промышленная технология сжигания. Биомасса обычно используется в промышленности в качестве топлива только в тех случаях, когда она представляет собой остатки от переработки биологических материалов в другие, более ценные, продукты. "Это имеет частичное значение с точки зрения охраны окружающей среды, так как удаление остатков является часто затруднительным. Два вида топлива биологического происхождения уже используются в промышленности, и методы сжигания их являются документально обоснованными: один вид топлива — солома, получаемая в сельском хозяйстве, другой — древесные отходы деревообрабатьшающей промышленности. Ниже даются некоторые комментарии по используемой технологии.

Сжигание соломы на фермах практикуется в некоторых районах, а печи для сжигания соломы производятся в Йании в широком масштабе [9]. Однако, по крайней мере в Великобритании, после закупки в 70-х годах тысяч небольших бойлеров интерес к последним упал, и, по имеющимся данным, в настоящее время используется менее половины

закупленного оборудования [4]. Причина тому, по-видимому, неудобство работы с этим оборудованием, сгорание неустойчивое и неэффективное, а дым и сажа вызывают загрязнещ1е окружающей среды. Выход тепла был ниже, чем это было гарантировано производителем. Появились усовершенствованные варианты с непрерывным сжиганием и разделением печи и бойлера (для повышения полноты сгорания), однако эти устройства стали более дорогостоящими, и они вышли из употребления.

Отрасли деревообрабатывающей • промышленности используют древесные остатки для парообразования на месте производства. Пар используется для поддержания температурных условий процесса и для выработки электроэнергии [10]. Горячие продукты сгорания могут использоваться для сушки. Общие отходы деревообрабатывающей промышленности могут составлять до 50 % от массы сырья. Содержание влаги в отходах составляет 30-50%. Паровые установки, использующие эти отходы, сжигают до 250 ООО кг/ч. Используются несколько типов бойлеров и печей - например датские печи, печи с механической загрузкой печи с наклонной решеткой. Сжигается как влажная (до 30% влаги) так и сухая древесина. Эффективность может быть такой же высокой как и при сжигании других видов твердого топлива. Однако оборудова ние для сжигания часто включает высокоэффективные газовые и масля ные установки (на случай отсутствия отходов).

Сжигание широко используется в целях утилизации городских и промышленных отходов. Несмотря на существование множества проектов по использованию полученного тепла для обогрева жилых домов, в большинстве случаев это тепло не используется. Стоимость сжигания может быть неожиданно высокой, но здесь первостепенное значение имеет борьба с загрязнением окружающей среды, а для некоторых отходов сжигание является единственно приемлемым способом их утилизации. Сжигание сортированных городских отходов, и процессы регенерации энергии описаны в литературе [ И ],

3.2. СУХАЯ ПЕРЕГОНКА, ГАЗИФИКАЦИЯ И СЖИЖЕНИЕ

Термическое повышение качества биомассы. Основной целью всех процессов повышения качества биомассы является превращение ее в стабильное транспортабельное топливо, способное заменить ископаемые виды топлива без использования специального оборудования для погрузочно-разгрузочных работ. Путем сочетания нагрева и частичного сжигания биологических материалов можно получить твердые, жидкие и газообразные соединения, обладающие, по крайней мере, некоторыми свойствами угля, нефти и природного газа. В литературе описано много различных процессов, широко использовавшихся в прошлом; производство газа для использования его в качестве топлива путем сухой перегонки и газификации угля и биомассы было начато почти 200 лет назад. Различные термические процессы повышения качества биомассы, пред-


Биомасса

Уголь S %

Сжигание

► Теплота ■

Пиролиз

Теллпта

Сжижение

Уголь

Пиропитическое

■^Газы

масло

1

Теплота ) Пар >

\

Газификацин

Теплота

Синтез метанола

Тяжелое масло

► Метанол

Рис. 9. Термическое обогащение биомассы.

лагаемые в настоящее время и использовавшиеся в прошлом, имеют много общих черт. Схематически используемые процессы представлены иа рисунке 9.

При нагревании биомассы происходит распад углеродсодержащих молекул с образованием ряда газообразных, жидких и твердых продуктов. Специфические продукты реакции определяются температурой реакции, тепловой мощностью, степенью измельчения и типом биомассы, а также присутствием неорганических примесей и катализатора. Тепло, необходимое для осуществления этих изменений, носящих эндотермический характер, подводится или из внешнего -источника, или путем введения воздуха или кислорода в реактор и сжигания части биологического материала.

Термины "сухая перегонка", "газификация" и "сжижение" не имеют точного значения в литературе. Газификация и сжижение биомассы происходят как в присутствии, так и в отсутствие окислительных (Ог, воздух) и восстановительных (СО, Hj) газов, обычно связанных с этими процессами. В настоящем исследовании сухая перегонка рассматривается отдельно как анаэробный процесс. Превращение биомассы в газы при сжигании на месте рассматривается как газификация. Понятие "сжижение" охватывает восстановление биомассы до масел под действием восстановительных газов, полученных также из биомассы.

Подготовка биомассы. Высокая влажность биомассы представляет собой непосредственную проблему при осуществлении всех процессов повышения качества биотоплива вследствие затрат энергии на испарение воды и разбавления продуктов реакции непрореагировавшим паром. Большинство методов включают стадию высушивания при использовании уже частично высушенных материалов; однако в материале допускается определенное количество воды, которое необходимо для образования синтез-газа (паровая газификация). Биомасса, содержащая более 30 % воды, потребует, очевидно, сушки перед осуществлением любых процессов.

Деготь 60%

width=159

Рис. 10. Пиролиз целлюлозы.

Для облегчения процесса сушки, а также достижения требуемой скорости реакции в процессе тепловой обработки биомасса должна быть измельчена с получением соответствующих размеров частиц. Технологическая схема включает дробильные, измельчительные и размалывающие установки. Если биологический материал представляет часть обидах отходов, необходим предварительный отсев негорючих и

других примесей. "Уплотненная биомасса", о которой говорилось выше, может быть использована для процессов обогащения без дальнейших обработок [14].

Сухая перегонка. Нагрев биомассы приводит к удалению влаги (ярко выраженный эндотермический процесс). При температуре выше 100 °С биомасса начинает разлагаться, а между 250 и 600 °С основными продуктами являются уголь и маслянистая кислая смесь дегтя и различных количеств метанола, уксусной кислоты, ан^тона и следы других органических веществ. До развития нефтехимической промышленности источником этих соединений была перегонка древесины.

На рисунке 10 [12] показан в качестве примера пиролиз целлюлозы. При температуре свыше 600 °С жидкие продукты пиролиза могут быть газифицированы, а свыше 800 °С газифицируется также и уголь в результате эндотермической реакщш углеродсодержащих молекул с водой с образованием синтез-газа, смеси оксида углерода и водорода.

Какие химические реакции протекают в процессе тепловой обработки биомассы, точно определить трудно вследствие очень сложной химической природы биомассы. Правда, основными компонентами многих типов растительного материала являются целлюлоза и крахмал, и нам известны некоторые реакции сухой перегонки этих продуктов и их термодинамика [14]. Сначала происходит карбонизация или обугливание:

[СбНюОб ]я 6«С + 5«Н20 (изменение энтальпии = - 2,9 ГДж/т).

Реакция является в некоторой степени экзотермической, т. е. такой же, как и получение пиролитического масла (в качестве средней молекулярной . формулы пиролитического масла принимается формула СбНзО):

[СбН,о05]«->0,8иСбН8О + 1,8Н20-Ц,2иС02

(энтальпия = -2,1 ГДж/т).

Образование синтез-газа является в высшей степени эндотермической реакцией:


с + Hj о ^ со + Н2 (энтальпия = +14,6 ГДж/т углерода).

При быстром нагревании целлюлозы, как при "мгновеииом" пиролизе, может образоваться некоторое количество олефинов в ходе другой эндотермической реакцци:

[СбН1о05]и^2иС2Н4 -ь/гН2 0-ь2иС02

(энтальпия = +0,24 ГДж/т)

Несмотря иа некоторые утверждения относительно автотермального характера (или близкого к автотермальному) процесса сухой перегонки биомассы, термическое обогащение биомассы обычно требует затрат теплоты, составляющих до 10 % теплоты сжигания сухой биомассы (примерно до 2 ГДж/т). Эта доля может быть значительно выше, например, при производстве угля, где происходит потеря летучих продуктов.

Технология сухой перегонки. За исключением производства высокоценного древесного угля, используемого как в качестве топлива, так и для других целей, сухая перегонка биомассы в промышленном масштабе не используется в развитых странах. Древесный уголь обычно получают путем нагревания древесины до 350 °С в пиролитическом реакторе. Выход составляет около 35 % топлива с энергоемкостью примерно 29 ГДж/т, т. е. сохраняется около 50 % энергии древесины.

Ниже даются комментарии по другим предложенным процессам. В одном из процессов используется пиролиз при 500-600 °С с повторным использованием газа для превращения углеродсодержащих материалов в уголь и вязкую, сильно окисленную топливную нефть. В другом процессе сильно влажная биомасса газифицируется с использованием пара при 600 °С и давлении 20 бар с получением синтез-газа. Наконец, быстрый пиролиз сухой биомассы при 800 °С ведет к образованию олефинов, которые могут быть полимеризованы в автомобильный бензин (его заменитель).

В "западном" процессе (ранее процесс Гарретта) [15] сырье должно быть высушено и тонко размолото. Теплота, необходимая для осуществления пиролиза, получается в результате сжигания газов и части угля, образовавшихся в результате реакции. Газы удаляются из угля в ццклои-ном сепараторе до очистки от жидкостей и остающихся твердых частиц, а затем уголь и газы возвращаются в пиролизатор. Схематическая диаграмма этого процесса показана на рисунке И. В целях максимизацци выхода жидкости время пиролиза сокращается до нескольких секунд. Типичные свойства пиролитического масла, выход которого составляет около 40 % в расчете на сухое сырье, показаны в таблице 24. Пиролити-ческое масло не смешивается с топливной нефтью, имеет коррозионные свойства, аналогичные свойствам уксусной кислоты, и может храниться только в течение примерно двух недель вследствие продолжающихся

Биомасса

Измельчение и разделение по размерам

Биомасса _1

Сжигание

I

Теплота

Сушка

Теплота

11иролиз

-Уголь-

•Пиpoлитичвcкoe-

масло

- Пиролитическм -газы

Рис. 11. Пиролиз биомассы.

химических реакицй. Для использования этого масла в качестве топлива необходимо специальное оборудование. Теплотворная способность пиролитического масла составляет около 53 % теплотворной способности топливной нефти (по массе). Выход угля составляет от 20 до 50%, содержание золы в угле до50%. Газы имеют низкую теплотворную способность и содержат до 65 % двуокиси углерода и до 8 % сероводорода.

Таблица 24. Свойства пиролитического масла

Углерод, %

57,5

Водород, %

7,6

Кислород, %

33,4

ГДж/т

24

Плотность, г/см

1,3

В ходе процесса Райта—Мальта [16] древесные стружки проходят через печь с продуктами реакици. В качестве,катализатора добавляется древесная зола. Газы, жидкости и уголь газифицируются с помощью пара, присутствующего в древесине. Этот процеср считается автотермическим вачедствие экзотермического характера разложения древесины и переноса тепла от горячих продуктов в систему.

Третий процесс, разработанный в Центре военно-морского вооружения, включает быструю паровую газификацию биомассы с образованием смеси олефиновых углеводородов [17]. Высушенную биомассу размалывают в муку, насыщают паром и остаточными газами полимеризацион-ного реактора и нагревают до 800 °С. Эндотермическая реакция поддерживается путем сжигания пиролитического угля (побочного продукта) и 0тх0дя1цих газов. Образовавшиеся газы содержат около 4% по массе




содержание:
[стр.Введение] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5] [стр.6] [стр.7] [стр.8] [стр.9] [стр.10] [стр.11] [стр.12] [стр.13] [стр.14] [стр.15] [стр.16] [стр.17] [стр.18] [стр.19] [стр.20] [стр.21] [стр.22] [стр.23] [стр.24]

© ЗАО "ЛэндМэн"