ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ В УСЛОВИЯХ КИПЯЩЕГО СЛОЯ И КОНДЕНСАЦИИ ПРОДУКТОВ РАЗЛОЖЕНИЯ

Описание экспериментальной установки для исследования процессов термического разложения древесины в условиях кипящего слоя и конденсации продуктов разложения

С целью исследования процессов термического разложения древесины в условиях кипящего слоя и конденсации продуктов термического разложения был разработан и изготовлен экспериментальный стенд, общий вид и схема которого представлены соответственно на рис. 3.1 и 3.2.

Экспериментальный стенд работает следующим образом. В топку 2 подается газ пропан, где он сжигается. Далее топочные газы поступают в теплообменник 1, где они нагревают несущий газ, поступающий в реактор 3, туда же с помощью питателя 13 подаются древесные частицы. В реакторе 3 происходит процесс термического разложения древесных частиц в условиях кипящего слоя. Продукты термического разложения подаются в циклон 4, где происходит разделение твердой (древесный уголь) и газообразной фаз. Твердая часть (уголь) собирается в бункере 5, где происходит его охлаждение, парогазовая смесь поступает в конденсатор 6, где образуются жидкий продукт и неконденсируемый газ. Жидкие продукты пиролиза поступают в емкость 9, оттуда насосом 8 жидкость откачивается в теплообменник 7, охлаждается водой и используется для конденсации парогазовой смеси. Газовая часть проходит очистку в фильтре 10 и перекачивается газодувкой 11 в теплообменник 1, избыток газа удаляется с помощью клапана 12 в топку 2.

Рис. 3.1. Экспериментальный стенд для исследования процессов термического разложения древесины в условиях кипящего слоя и конденсации продуктов разложения:

• 1 - теплообменник; 2 - топка; 3 - реактор; 4 - циклон;
• 5 - бункер для сбора угля; 6 - конденсатор; 7 - теплообменник
• 8 — насос; 9 — емкость для сбора конденсата; 10 - фильтр;
• 11 - газодувка; 12 - клапан; 13 -питатель

Рис. 3.2. Схема экспериментального стенда для исследования процессов термического разложения древесины в условиях кипящего слоя и конденсации продуктов разложения

Рис 3.3. Схема расположения термопреобразователей

На рис. 3.3 представлена схема расположения термопреобразователей, установленных для контроля температуры на экспериментальном стенде, а на рис. 3.4 - температурные зависимости, полученные при тестовом запуске экспериментального стенда, которые характеризуют средние уровни температур в основных аппаратах стенда. Продолжительность теста составила 2 ч 20 мин - за данный промежу ток времени установка вышла на требуемый температурный режим, необходимый для исследования процессов термического разложения древесины в условиях кипящего слоя.

Рис. 3.4. Температурные зависимости при тестовом запуске экспериментального стенда

Также с целью оценки условий возникновения кипящего слоя были произведены тесты на холодном и горячем реакторе. Сопротивление реактора при этом определялось с помощью U-образного манометра. Результаты экспериментов по определению расхода газа, при котором возникает кипящий слой, при различной массе инертного материала (шамотный песок с размером зерна 0,5 мм) представлены на рис. 3.5. Зависимость показывает, что флюидизация слоя при данных количествах инертного материала начинается при расходе несущего газа в диапазоне от 3 до 5,5 м³/ч. Увеличение навески свыше 80 г приводит к увеличению сопротивления слоя и требует увеличения расхо да несущего газа свыше 7 м³/ч, что недостижимо при производительности существующей газодувки.

мЗч

Рис. 3.5. Зависимость сопротивления кипящего слоя от расхода несущего газа при различных навесках инертного материала:

1 - 80 г; 2 - 70 г; 3 - 60 г

Таким образом, в ходе пусконаладочных работ экспериментального стенда были определены рабочие технологические режимы, необходимые для проведения исследований процесса термического разложения древесины в условиях кипящего слоя. В ходе исследовательской работы на представленном стенде были получены опытные образцы пиролизной жидкости, проведены исследования термического разложения древесины в кипящем слое и исследования процесса конденсации паров в спутном распыленном потоке. В ходе исследования процесса термического разложения варьируемыми параметрами были температура реактора, расход несущего газа при определенных параметрах сырья. Основные исследования термического разложения проводились на древесной муке марки № 560 из хвойных пород, соответствующей ГОСТ 16361-87, со средним размером частиц 0,3 мм. В ходе исследования процесса конденсации паров в спутном распылен ном потоке варьируемыми параметрами были температура хладагента и плотность орошения. Изменение плотности орошения хладагента достигалось изменением давления на форсунке. Определяемыми параметрами в ходе исследований были количество и состав продуктов термического разложения. Определение состава парогазовой смеси в различных точках установки осуществлялось путем отбора проб. Отбор проб производился аспиратором через спиртовую охлажденную до 10 °C ловушку и силикагелевый фильтр. Также в ходе исследований был определен диапазон выхода жидких продуктов для различных пород древесины и бумаги (табл. 3.1) при различных режимах переработки. Наибольший выход жидких продуктов наблюдался при средней температуре реактора 500-520 °C, что также подтверждается исследованиями ряда авторов [89].

Таблица 3.1 Выход жидких продуктов при термическом разложении раз-_______личных пород древесины и бумаги_______________

Согласно данным, представленным в табл. 3.1, наибольший выход жидких продуктов термического разложения до 80% достигается при термическом разложении бумаги и мягколиственных пород древесины.