Способ термической переработки органосодержащего сырья

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может использоваться для переработки сырья, преимущественно в малых и фермерских хозяйствах, а также в деревообрабатывающих отраслях промышленности. Способ термической переработки растительного сырья, заключающийся в том, что сырье загружают, горизонтально перемещают, сушат, пиролизируют топочными газами, газообразные продукты конденсируют, а твердую фазу охлаждают и удаляют, при этом время τ постоянной теплоотдачи от пиролизируемого сырья определяют по формуле

,

где τ - суммарная длительность пиролиза, ч;

ΔU, ΔU* - содержание влаги и термонеустойчивой части в сырье, кг/кг;

r - удельная теплота испарения влаги, кДж/кг;

R, h - радиус пиролизера и толщина элементарного пиролизируемого слоя сырья, м;

K - коэффициент теплопередачи, Вт/м2⋅°С;

ƒ - удельная поверхность частиц сырья, м2/кг;

ΔT, ΔT* - разность температур между топочными газами и материалом при сушке и пиролизе, °С;

η - доля теплоты, пошедшая на испарение влаги;

ηп - коэффициент термического превращения сырья, Вт/м2⋅°С;

q - удельная теплота пиролиза, кДж/кг.

Технический результат - повышение производительности сушки путем расчета длительности пускового периода. 1 ил.

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может использоваться для переработки сырья, преимущественно в малых и фермерских хозяйствах, а также в деревообрабатывающих отраслях промышленности.

Известен способ термической переработки органосодержащего сырья в газообразное и жидкое топливо путем нагрева сначала в камере сушки, а затем без доступа воздуха в камере пиролиза с последующей конденсацией части парагазовой смеси в жидкое топливо, причем сушку проводят смесью топочных газов с воздухом, а часть несконденсированной парагазовой смеси, после предварительного подогрева, подается в камеру пиролиза (Патент РФ №2395559, МПК G10B, БИ №21, 2010).

Известно также устройство для осуществления этого способа, содержащее сушильный бункер, питатель, реактор, топку, циклон, конденсатор, компрессор, газодувку, теплообменник. (Хисматов Р.Г. Термическое разложение древесины при кондуктивном подводе тепла: Автореф. дисс. … канд. техн. наук. - Казань: 2010. - 13 с.).

Эти способ и устройство обеспечивают термическую переработку органосодержащего сырья в газообразное и жидкое топливо, однако требуют развитой инфраструктуры и больших капитальных затрат, малопригодных для малых и фермерских хозяйств.

Известен способ термической переработки сельскохозяйственных и других отходов в тепловую и электрическую энергию, заключающаяся в том, что сырье загружают, горизонтально перемещают, сушат, пиролизируют топочными газами, газообразные продукты конденсируют, а твердую фазу охлаждают и удаляют.

Сушку и пиролиз осуществляют выхлопными (топочными) газами от дизеля, подаваемыми в кожух камер сушки и пиролиза.

Известно устройство для его осуществления, содержащее источник теплоты, средство загрузки сырья, плоский поршень, камеры сушки, пиролиза, конденсации газовой фазы, увлажнения твердой фазы, средство ее разгрузки, кожух камер сушки и пиролиза, которые подключены к источнику теплоты (Голубкович А.В., Чижиков А.Г. Обоснование метода расчета пиролиза растительных материалов // Промышленная энергетика. - 2011. - №12. - С. 52-53).

Этот способ по своей технической сущности наиболее близок к заявленному и принят за прототип.

Недостатком известного способа является то, что не известна длительность пускового периода - через которое время установится постоянный поток жидкой фазы и несконденсированных газов, который необходим для подключения теплоиспользующего устройства.

Технической задачей изобретения является повышение производительности сушки путем расчета длительности пускового периода.

Техническая задача достигается тем, что в способе термической переработки растительного сырья, заключающемся в том, что сырье загружают, горизонтально перемещают, сушат, пиролизируют топочными газами, газообразные продукты конденсируют, а твердую фракцию охлаждают и удаляют, согласно изобретению время τ постоянной теплоотдачи от пиролизируемого сырья определяют по формуле:

,

где τ - суммарная длительность пиролиза, ч;

ΔU, ΔU* - содержание влаги и термонеустойчивой части в сырье, кг/кг;

r - удельная теплота испарения влаги, кДж/кг;

R, h - радиус пиролизера и толщина элементарного пиролизируемого слоя сырья, м;

K - коэффициент теплопередачи, Вт/м2⋅°С;

ƒ - удельная поверхность частиц сырья, м2/кг;

ΔT, ΔT* - разность температур между топочными газами и материалом при сушке и пиролизе, °С;

η - доля теплоты, пошедшая на испарение влаги;

ηп - коэффициент термического превращения сырья, Вт/м2⋅°С;

q - удельная теплота пиролиза, кДж/кг.

Изобретение поясняется чертежом.

Устройство состоит из средства загрузки сырья 1, трубы 2, поршня 3, камер сушки 4, пиролиза 5, охлаждения 6 и разгрузки твердой фазы 7, разгрузочного устройства 8, конденсатора 9, источника бросовой теплоты 10, кожуха 11, теплоизоляции 12. На схеме также приведены топочные газы 13, жидкая фаза 14 и несконденсированные газы 15.

Устройство функционирует следующим образом.

Сырье - растительные материалы (РМ) средством 1 подают в трубу 2, поршень 3 при поступательном движении перемещает его через камеру сушки 4, пиролиза 5, охлаждения 6 и разгрузки 7. Средства разгрузки 7 твердую фазу выводят из устройства. Пиролизные газы поступают в конденсатор 9, охлаждаются, из конденсатора отводится жидкая фаза 14 и несконденсированные газы 15. Тепло в устройство поступает из источника бросовой теплоты 10 при подаче в кожух 11 топочных газов 13. После вытеснения РМ из камеры сушки, поршень отводят и вновь заполняют трубу 2.

Способ осуществляют следующим образом.

РМ загружают, подсушивают, пиролизируют, охлаждают и разгружают, несконденсированные газы при установившемся режиме используют в теплоиспользующих устройствах.

Длительность сушки элементарного слоя РМ можно записать (Сажин Б.С. Основы техники сушки. - М.: Химия, 1984. - С. 79):

где τi.c. - длительность сушки элементарного слоя, ч;

ΔU - влагосъем, кг вл./кг сух. мат.;

r - удельная теплота испарений влаги, кДж/кг;

K - коэффициент теплопередачи, Вт/м2⋅°С;

ƒ - удельная поверхность материала, м2/кг;

ΔT - разность температур, °С;

;

ΔTб, ΔTм - максимальная и минимальная разность между дымовыми газами и материалом, °С.

η - доля теплоты, пошедшая на испарение влаги.

Длительность сушки первой партии РМ, после которой наступает постоянная теплоотдача при пиролизе РМ, запишем в виде:

где τс - длительность сушки, ч;

h - толщина элементарного слоя, м.

;

α1, α2 - коэффициент теплоотдачи от топочных газов к трубе и от частиц РМ к продуктам разложения, Вт/м2⋅°С;

α2св;

αс, αв - коэффициент теплоотдачи при свободной и вынужденной конвекции.

С целью упрощения расчетов можно пренебречь вынужденной конвекцией и учитывать только свободную, тогда Nu≈2, а при пренебрежении лучистой составляющей, которую учитывают при T1>400°С принять:

,

где Nu - число Нуссельта;

λ - коэффициент теплопроводности, Вт/м⋅°С.

Количество теплоты, потраченное на пиролиз в элементарном слое h, можно записать в следующем виде:

или в виде:

где G - масса РМ, подвергающаяся пиролизу, кг;

ΔU* - содержание термонеустойчивой части РМ, разлагаемой при пиролизе, кг/кг;

q - удельная теплота пиролиза, принимается равной теплотворной способности РМ, кДж/кг;

ηп - коэффициент термического превращения РМ, ηп≈0,4;

τi.п. - длительность пиролиза элементарного слоя, ч,

Приравняв значения (3) и (4), заменяя отношение на ƒ** - удельная поверхность частиц, м2/кг) и принимая в первом приближении ƒ=ƒ*, получим:

,

где τi.п. - длительность пиролиза элементарного слоя, ч,

и в слое толщиной :

,

где τп - длительность пиролиза, ч.

Окончательно получим суммарную длительность пиролиза:

Пример. Рассчитаем длительность пускового периода при условиях - длина сушильной камеры 2 м; пиролизной - 4 м; радиус пиролизера - 0,5 м; частицы РМ (дробленое зерно, полова, колоски) характеризуются параметрами: h=3dэ; dэ=2,0 мм; ƒ=2 м2/кг, а также r=2,5 МДж/кг; η≈0,8; q=12,5 МДж/кг; ηп=0,4. Температура отходящих газов из дизель-генератора, который подключен к пиролизеру Т=450°С. Зададимся температурой этих газов на выходе из пиролизера 105°С, начальной температурой сырья 20°С, его влажностью W1=20%, температурой после сушильной камеры - 110°С, его влажность на выходе пиролизера W2≈0%. Согласно расчету теплоотдача от топочных газов α1=18 Вт/м2⋅°С, теплоотдача от РМ газообразным продуктам при свободной конвекции α2=13,5 Вт/м2⋅°С, коэффициент теплопередачи .

Принимая, что температура по длине пиролизера снижается линейно, получим для пиролизной камеры среднюю температуру дымовых газов Тср.п=320°С и для сушильной камеры Тср.с=170°С, принимая, что температура сырья на выходе из сушильной камеры составит 100°С, то средняя равна θср.с=50°С, а на выходе пиролизера составит θп=400°С, то средняя равна θср.п=260°С и ΔТ=130°С, а ΔТ*=150°С. Длительность сушки из первой партии РМ составит τс=2,8 ч, а пиролиза τп=3,5 ч.

Суммарное время обработки первой партии РМ - 6,3 ч.

По данному способу термической переработки можно утилизировать теплоту отходящих газов энергетических устройств, повысить производительность и КПД на 10…20%.

Способ термической переработки растительного сырья, заключающийся в том, что сырье загружают, горизонтально перемещают, сушат, пиролизируют топочными газами, газообразные продукты конденсируют, а твердую фазу охлаждают и удаляют, отличающийся тем, что время τ постоянной теплоотдачи от пиролизируемого сырья определяют по формуле

,

где τ - суммарная длительность пиролиза, ч;

ΔU, ΔU* - содержание влаги и термонеустойчивой части в сырье, кг/кг;

r - удельная теплота испарения влаги, кДж/кг;

R, h - радиус пиролизера и толщина элементарного пиролизируемого слоя сырья, м;

K - коэффициент теплопередачи, Вт/м2⋅°С;

ƒ - удельная поверхность частиц сырья, м2/кг;

ΔT, ΔT* - разность температур между топочными газами и материалом при сушке и пиролизе, °С;

η - доля теплоты, пошедшая на испарение влаги;

ηп - коэффициент термического превращения сырья, Вт/м2⋅°С;

q - удельная теплота пиролиза, кДж/кг.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системе для сушки угля, которая удаляет влагу, содержащуюся в угле, используемом в качестве топлива для тепловых электростанций, устройство для сушки угля, высушивающее уголь с помощью распыления перегретого пара из перегревателя с кипящим слоем и вторично перегретого пара, образованного во вторичном перегревателе.

Изобретение относится к установке для сушки угля, использующей вторично перегретый пар, и, в частности, оснащенной многоступенчатой сушилкой, которая удаляет воду, содержащуюся в угле, используемом в качестве топлива для тепловых электростанций, с помощью нагнетания струи вторично перегретого пара.

Изобретение относится к установкам термической переработки твердых углеродсодержащих материалов для получения газа, кокса, дегтя и подобных продуктов. Установка термической переработки твердых углеродсодержащих материалов содержит направляющую питателя 4 и реторту 6, которые выполнены с одинаковым профилем поперечного сечения и размещены горизонтально на жестком основании соосно с приводом 2 силового возвратно-поступательного механизма 1.

Изобретение относится к области получения синтез-газа. В силосе 4 рисовую лузгу подвергают подсушиванию путем активного вентилирования посредством подачи теплого воздуха из калорифера 2, нагнетаемого вентилятором 3.

Изобретение относится к области переработки органосодержащего сырья и может быть использовано при переработке отработанных деревянных шпал. Способ включает сушку сырья при температуре 160-200°C в двух последовательно соединенных шнековых транспортерах - в первом транспортере 5 путем передачи тепловой энергии топочными газами через стенку, а во втором 6 за счет передачи тепловой энергии нагретым топочными газами воздухом, дозирование его в конусный реактор пиролиза 7, обогреваемый топочными газами, и термическое разложение при температуре 450-520°C с образованием парогазовой смеси.

Способ термической переработки растительных материалов заключается в том, что сырье загружают в трубу, горизонтально перемещают, кондуктивно сушат, пиролизуют, газообразные продукты конденсируют, полученные жидкую фракцию и неконденсированные газы удаляют, а твердую фракцию охлаждают и разгружают.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для переработки органосодержащего сырья, а также в лесопромышленном комплексе. Влажное исходное сырье 14 подают в трубу 9 и перемещают поршнем 3 в камеру сушки 4, далее в камеры пиролиза 5 и конденсации 6 газообразных продуктов.

Изобретения могут быть использованы в сельском хозяйстве и в деревообрабатывающей промышленности. Способ термической переработки органосодержащего сырья включает загрузку сырья и его горизонтальное перемещение поршнем (2) по длине трубы через камеры конвективной сушки (3), пиролиза (4), конденсации (5).

Изобретения могут быть использованы при получении облагороженного топлива из отходов птицефабрик. Способ переработки подстилки птицефабрики включает гранулирование влажного сырья в грануляторе.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Для получения синтез-газа из биомассы карбонизацией проводят предварительную сушку и обезвоживание исходной биомассы.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может использоваться для переработки сырья, преимущественно в малых и фермерских хозяйствах, а также в деревообрабатывающих отраслях промышленности. Способ термической переработки растительного сырья, заключающийся в том, что сырье загружают, горизонтально перемещают, сушат, пиролизируют топочными газами, газообразные продукты конденсируют, а твердую фазу охлаждают и удаляют, при этом время τ постоянной теплоотдачи от пиролизируемого сырья определяют по формуле ,где τ - суммарная длительность пиролиза, ч;ΔU, ΔU* - содержание влаги и термонеустойчивой части в сырье, кгкг;r - удельная теплота испарения влаги, кДжкг;R, h - радиус пиролизера и толщина элементарного пиролизируемого слоя сырья, м;K - коэффициент теплопередачи, Втм2⋅°С;ƒ - удельная поверхность частиц сырья, м2кг;ΔT, ΔT* - разность температур между топочными газами и материалом при сушке и пиролизе, °С;η - доля теплоты, пошедшая на испарение влаги;ηп - коэффициент термического превращения сырья, Втм2⋅°С;q - удельная теплота пиролиза, кДжкг.Технический результат - повышение производительности сушки путем расчета длительности пускового периода. 1 ил.

Наверх