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.

Экспериментальный стенд для исследования процессов термического разложения древесины в условиях кипящего слоя и конденсации продуктов разложения

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

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

Схема расположения термопреобразователей

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.

Температурные зависимости при тестовом запуске экспериментального стенда

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.

Зависимость сопротивления кипящего слоя от расхода несущего газа при различных навесках инертного материала

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_______________

Разновидности сырья

Выход жидкого продукта, % мае. (по сухому сырью)

Дуб

70-75

Осина

70-80

Кора

55-65

Бумага

60-80

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

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >