Разработка и исследование автоматизированной установки пиролиза растительного сырья с целью повышения выхода топливного газа

• Автор: Глушков, Владимир Александрович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 113 с. : ил.

1.1. Современные технологии получения энергоносителей из растительного сырья.

1.2. Обзор существующих технологий газификации и пиролиза.

1.2.1. Технологии газификации.

1.2.1.1. Шахтная схема.

1.2.1.2. Барабанная схема.

1.2.2. Технологии пиролиза

1.2.2.1. Барабанная схема.

1.2.2.2. Шахтная схема

1.3. Сравнение параметров процессов газификации и пиролиза

растительного сырья.

ГЛАВА 2. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ И ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ПИРОЛИЗА РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ.
2.1. Анализ возможности увеличения энергетических характеристик пиролизного топливного газа и выбор направлений повышения эффективности пиролитической переработки растительной массы
2.2. Разработка конструкции пиролизной установки с возвратом смол в пиролизный реактор
2.2.1. Разработка конструкции термореактора.
2.2.2. Выбор устройств выделения смол из парогазовой смеси и очистки топливного газа.
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ УСТАНОВКИ ПИРОЛИЗА РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ С ВОЗВРАТОМ ПИРОЛИЗНЫХ СМОЛ
3.1. Исследования экспериментальной установки
3.1.1. Описание экспериментальной установки
3.1.2. Техническое оснащение экспериментов.
3.1.3. Описание хода экспериментов.
3.1.4. Результаты проведения экспериментов.
3.2. Разработка математической модели пиролизной установки.
3.2.1. Моделирование пиролизной установки в установившемся режиме
3.2.2. Моделирование пиролизной установки в переходном режиме
3.3. Оценка корректности математической модели пиролизной установки Выводы
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ УСТАНОВКОЙ ПИРОЛИЗА РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
4.1. Постановка задачи управления.
4.2. Коррекция модели пиролизной установки.
4.3. Синтез модели системы управления
4.4. Компьютерное моделирование системы управления.
4.5. Оценка устойчивости системы управления
4.6. Оценка экономической эффективности применения системы
автоматического управления пиролизной установкой.
Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ВВЕДЕНИЕ


Альтернативное решение должно базироваться не на уникальном исчерпаемом энергоресурсе, а на непрерывно возобновляющемся, например, растительном сырье. В связи с этим проблема обеспечения энергией является актуальной. Поэтому в последние годы во всем мире возрос интерес к возобновляемым источникам энергии ,,. Одним из направлений решения данной проблемы является исследование возможностей использования растительного сырья в качестве альтернативного источника энергии и повышение эффективности переработки растительного сырья в топливо ,,. Само по себе использование растительного сырья в качестве источника энергии известно давно дрова. Однако, для промышленного использования такой способ получения энергии непригоден. Поэтому растительное сырье перерабатывают в топливный газ с помощью технологий, основанных на ферментации, сбраживании, гидрогенизации, газификации, пиролизе
,. Из перечисленных технологий переработки растительного сырья максимальной эффективностью обладает процесс пиролиза. В настоящее время исследования и разработки процессов и установок пиролиза растительного сырья проводятся во всем мире. Например, Министерством энергетики США утверждена государственная программа по переработке биомассы i , которой занимается специальное подразделение Национальный центр по биоэнергетике i i на базе Национальной лаборатории по возобновляемым источникам энергии i . Подобной деятельностью занимаются такие организации, как i из Нидерландов, i и из Великобритании, i i из США и др. В России вопросами термической переработки древесины в середине XX века занимался коллектив исследователей под руководством Корякина В. Синтур из Екатеринбурга. Однако, в широких масштабах процесс пиролиза растительного сырья для получения энергоносителей не используется. Причинами этого являются наличие большого количества остаточных продуктов реакций до от начальной массы сырья и неэкономичность существующих технологий
пиролиза растительного сырья. Исходя из этого, целью работы является научное обоснование технических и технологических разработок, направленных на повышение эффективности переработки растительного сырья в топливный газ. Предполагается провести системный анализ существующих конструкторских решений установок пиролиза, разработать и создать конструкцию лабораторной установки, провести экспериментальные исследования и создать математическую модель установки для разработки системы управления и оптимизации ее работы путем имитационного моделирования. В первой главе проведен анализ известных в мировой практике технологий переработки растительного сырья в энергоносители, в результате которого обосновано использование процесса пиролиза в качестве объекта исследований. Во второй главе проведен системный анализ известных схем пиролиза, определены способы повышения эффективности процесса пиролиза растительного сырья и реализованы конструкторские решения, обеспечивающие увеличение выхода топливного газа за счет возврата пиролизных смол в термореактор. В третьей главе на основе экспериментальных исследований созданной автором пиролизной установки разработаны ее математические модели и проведена проверка их адекватности экспериментальным данным. В четвертой главе разработана модель системы автоматического управления пиролизной установкой, исследованы ее параметры и разработана методика синтеза системы управления. В заключение хотелось бы поблагодарить тех людей, без которых данная работа была бы невозможна, моего папу, Глушкова Александра Ивановича, наставившего меня на данный путь и оказывавшего величайшую поддержку, моего научного руководителя Ушакова Петра Архиповича, кандидата технических наук, доцента, который направлял мои действия в нужное русло, ставил задачи и давал ценные рекомендации, доктора технических наук, профессора Алексеева Владимира Александровича, дававшего ценные методические советы и оказывавшего огромную помощь, кандидата физикоматематических наук, профессора Демакова Юрия Павловича, оказавшего большую методическую помощь и поддержку, а также всех тех, кто тем или иным образом способствовал данной работе.