Изучение особенностей горения древесных опилок

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Сельскохозяйственные науки


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 662. 6/ 9: 630*892. 1
ИЗУЧЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ГОРЕНИЯ ДРЕВЕСНЫХ ОПИЛОК Кудрявцева Л. А., Мазуркин П. М.
ГОУВПОМарийский государственный технический университет,
Йошкар-Ола, Россия
В статье приведены результаты исследования динамики температуры, при горении древесных опилок на приборе ОТМ, начиная от 200 0С до максимального значения, а затем обратно до 200 0С. С помощью программной среды Curve Expert 1.3 получены модели динамики температуры горения опилок во времени с использованием устойчивого закона.
Ключевые слова: горение, древесные опилки, температура горения, тление
Введение
Эффективное и полное сгорание является необходимым условием использования древесины в качестве экологически приемлемого вида топлива. Процесс сгорания должен обеспечивать высокую степень использования энергии и, следовательно, полное уничтожение древесины, и не должен вызывать образование нежелательных в экологическом отношении соединений.
Целью статьи является определение динамики температуры, при горении древесных опилок на приборе ОТМ по ГОСТ 12.1. 044−89 [6], начиная от 200 0С до максимального значения, а затем обратно до 200 0С.
Теоретический анализ
Горение древесных опилок протекает в гетерогенном режиме. Процесс горения состоит из следующих стадий: 1) подсушивание топлива и нагревание до температуры начала выхода летучих веществ- 2) воспламенение летучих веществ и их выгорание- 3) нагревание кокса до воспламенения- 4) выгорание горючих веществ из кокса. На практике эти стадии частично накладываются одна на другую [5].
Специфические особенности процессов горения древесины связаны с ее влажностью, которая создает проблемы при попытке достижения высокой эффективности сжигания. Приблизительно половина массы свежесрубленного дерева состоит из воды. Вторая половина представляет собой сухое древесное вещество, содержащее 84−88% летучих веществ,
11,4−15,6% твердого углерода и 0,4−0,6% золы [2].
Другая проблема, возникающая при сжигании древесной биомассы, связана с большим количеством золы (также шлаков).
Методика эксперимента
Для опытов были подготовлены пробы березовых, сосновых опилок и древесных гранул с относительной влажностью 12%, взятые в лесопильном цехе. Отобранный материал помещали в мешочки из стеклоткани массой 4,1 г, сшитые металлическими скрепками, масса испытываемых образцов по 50 г. Взвешивание проводили на лабораторных весах с погрешностью измерения ±0,1 г.
Перед испытанием внутреннюю поверхность реакционной камеры прибора ОТМ покрыли двумя слоями алюминиевой фольги, толщиной не более 0,2 мм, которую по мере прогорания или загрязнения продуктами горения заменяли на новую.
Заданная температура (200±5 °С) газообразных продуктов горения в реакционной камере поддерживается газовой горелкой в течение трех минут.
Образец закрепляли в держателе вер -тикально металлической проволокой, вводили за 3−5 св реакционную камеру, и испытывали до достижения максимальной температуры отходящих газообразных продуктов, регистрируя время ее достижения. Предварительными испытаниями были определены примерные пределы максимума температуры. Во время основных испытаний достигаемый максимум определяли
выдержкой в течение 15−30 с. Поэтому продолжительность испытания на этапе роста температуры от 200 0С определялась временем достижения интуитивного (на основе прошлого опыта предварительных испытаний) ожидаемого максимума, а затем горелку выключали. Для регистрации температуры использовали прибор КСП-4 с диапазоном от 0 до 600 °C, а для отсчета времени — секундомер. Отсчеты проводили
через каждые 50 0С при росте температуры от 200 0С до максимального значения, далее при снижении температуры до 200 0С. Образец выдерживали в камере до полного остывания 20 0С, извлекали и взвешивали, определяя зольный остаток.
Результаты и их обсуждение Результаты измерений представлены в табл. 1.
Таблица 1
Результаты измерений температуры горения во времени
Березовые Сосновые Древесные Древесные
опилки опилки гранулы№ 1 гранулы № 2
Время Температура Время Температура Время Температура Время Температура
t, с т, °С t, с т, °С t, с т, °С t, с т, °С
14 200 30 200 44 200 37 200
20 250 53 250 100 250 55 250
30 300 65 300 157 300 70 300
36 350 75 350 215 350 92 350
45 400 90 400 245 400 167 400
79 450 130 450 276 450 300 450
140 450 185 500 330 500 325 350
160 400 215 450 360 450 342 300
175 500 265 400 363 400 385 250
195 450 328 350 370 350 465 200
258 400 332 300 385 300 — -
280 350 342 250 415 250 — -
295 300 365 200 475 200 — -
313 250 — - - - - -
340 200 — - - - - -
Данные табл. 1 подвергали статистической обработке в программной среде Curve Expert 1.3 [4] для получения устойчивых закономерностей.
Сжигание образца с березовыми опилками представлено на рис. 1, остатки — рис. 2.
горения березовых опилок: температуры горения березовых опилок
V
° - сумма квадратов отклонении-
г — коэффициент корреляции
Выход летучих веществ из древеси- поэтому при 200 0С они быстро воспламе-
ны начинается уже при температуре 105 0С, няются, ускоряя процесс роста температу-
ры от газовой горелки. Этот этап растянут во времени из-за разнообразия летучих веществ, имеющих разные температуры вое -пламенения в пределах 105−230 0С.
Общеизвестно [3], что с начала горения происходит разложение гемицеллюлозы (200−260 0С) и затем, при более высокой температуре, разложение целлюлозы (240 350 0С) и лигнина (280−500 0С). За время горения при температуре 400−500 0С, из-за снижения летучей горючей массы в образце древесины, наступает максимум температуры горения. Остающееся после удаления летучих продуктов пиролиза углистое вещество характеризуется очень высокой пористостью и реакционной способностью.
Только пористые материалы, которые образуют твердый углистый остаток при нагревании, могут самостоятельно
поддерживать тлеющее горение. К таким материалам относится древесина.
Вслед за прекращением пламенного горения начинается тление, которое будет развиваться внутри оставшегося материала. Для зарождения тления основным является требование о наличие источника тепла, который приведет к образованию углистого остатка и начале его окисления. Тление будет продолжаться до тех пор, пока тепло будет сохраняться в области реакционной поверхности, поэтому образец в реакционной камере выдерживали до полного остывания 20 0С. Масса образовавшейся золы составляет 0,2 г или 0,44% первоначальной массы.
Идентификацией устойчивых законов выявили модель динамики температуры горения березовых опилок во времени с использованием устойчивого закона вида
Т = 49,1588 іи'м/28 ехр (-0,46 115 іми5и/)
(1)
где Т — температура отходящих газообразных продуктов горения материала, °С-
1 — время горения, с.
Сжигание образца с сосновыми опилками представлено на рис. 3, остатки — рис. 4.
в = 38. 82 197 060 г= 0. 78 997 014
Рис. 3. Изменение температуры горения сосновых опилок
Рис. 4. Остатки моделирования данных температуры горения сосновых опилок
Составили модель динамики температуры горения сосновых опилок во времени с использованием устойчивого закона
Т = 6,4 822 і0'98 736 ехр (-0,34 273 ^48иуу)
1,48 099 —
(2)
Масса образовавшейся золы состав- Сжигание образца с древесными
ляет 0,45 г или 0,98% первоначальной гранулами № 1 представлено на рис. 5, ос-массы образца. татки — рис. 6.
Рис. 5. Изменение температуры горения древесных гранул № 1
Рис. 6. Остатки моделирования данных температуры горения древесных гранул № 1
Модель динамики температуры горения древесных гранул № 1 во времени с использованием устойчивого закона имеет вид
Т = 254,84 033 ехр (-1,57 499і1'64 785) +
+ 9,55 228 і
16,98 817
ехр (-0,76 768 і1'30 188)
(3)
Масса образовавшейся золы состав- Сжигание образца с древесными
ляет 0,3 г или 0,65% первоначальной мае- гранулами № 2 представлено на рис. 7, ос-
сы образца. татки — рис. 8.
горения древесных гранул № 2
температуры горения древесных гранул № 2
Модель динамики температуры горения древесных гранул № 2 во времени с использованием устойчивого закона имеет вид
Т = 162,19 912 ехр (-0,11 609 і
1,3
) +
+ 0,18 307 і1'б1242 ехр (-0,56 954 і™4)
1,42 414
(4)
Процесс горения древесных гранул в 1,3−1,4 раза дольше по времени, чем горение опилок. Это связано с большими размерами древесных гранул и высокой удельной плотностью 1300−1400 кг/м3, по сравнению с
плотностью сосновых (500 кг/м3) и березовых (630 кг/м3) опилок [1].
На рис. 9 представлены графики, которые показывают динамику температуры горения всех испытываемых образцов.
Время, с
9 береза Ф сосна, А гранулы № 1 И гранулы № 2 Рис. 9. Изменение температуры горения опилок и древесных гранул
Максимальная температура отходящих газообразных продуктов горения первых трех образцов составляет 500 0С, а последнего 450 °C.
Заключение
Таким образом, процесс горения зависит от различных характеристик топлива, в основном, от состава топлива, влажности, содержания летучих компонентов, угля, плотности, пористости, размеров частиц и площади активной поверхности.
Различные виды топливной биомассы в значительной степени отличаются по плотности топливного материала- также имеются значительные различия между твердыми и мягкими породами деревьев. Древесина твердых пород, например березы, имеет более высокую плотность, что оказывает воздействие на значение отношения объема камеры к потребляемой энергии и характеристики горения топлива.
Повышение влажности древесных отходов приводит к уменьшению теплоты сгорания топлива, увеличению объема продуктов сгорания, к снижению температуры горения и влияет на выбор технологии сжигания.
Для обеспечения оптимального процесса горения с минимальными выбросами от неполного сгорания топлива необходи-
мо обеспечить поддержание высокой температуры горения, достаточно длительного времени пребывания и оптимального смешения топливных газов с воздухом.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Головков, С. И. Энергетическое использование древесных отходов / С. И. Головков, И. Ф. Коперин, В. И. Найденов. — М.: Лесная промышленность, 1987. — 224 с.
2. Джон Вое. Использование энергии биомассы для отопления и горячего водоснабжения в Республике Беларусь. Методические рекомендации по применению передовой практики. Часть A: Сжигание биомассы [Электронный ресурс] / Джон Вое. — Режим доступа: http: //www. bioenergy. bv/practa. htm, свободный.
3. Драйздейл, Д. Введение в динамику пожаров / Пер. с англ. К. Г. Бомштейна / Под ред. Ю. А. Кошмарова, В. Е. Макарова. — М.: Стройиздат, 1990. — 424 с.
4. Мазуркин, П. М. Математическое мо-
делирование. Идентификация однофакторных статистических закономерностей: Учебное
пособие / П. М. Мазуркин, A.C. Филонов. -Йошкар-Ола: МарГТУ, 2006. — 292 с.
5. Скрябин, В. И. Теплотехника. — М.: ВНТИЦ, 2002. — № 50 200 200 706.
6. ГОСТ 12.1. 044−89. Пожаровзрыво-опасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения. — М.: Изд-во стандартов, 1991. — 52 с.
STUDYING THE WOOD SAWDUST PARTICULARITIES BURNING
Kudryavtseva L.A., Mazurkin P.M.
Mari State Technical University, Yoshkar-Ola, Russia
The research results of wood sawdust burning change the temperature on device OTM starting from 200 °C up to the maximal value but then reduction before 200 °C are presented in article. The wood sawdust burning temperatures dynamic models using the stable law are received with help Curve Expert 1.3 program.
Keywords: combustion, wood sawdust, temperature of the combustion, smouldering

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой