Автономной установки для производства пеллет с энергообеспечением от перерабатываемого сырья
На правах рукописи
Плотников Дмитрий Анатольевич
УДК 62.932.2 + 621.001.63
ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА АВТОНОМНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПЕЛЛЕТ С ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕМ ОТ ПЕРЕРАБАТЫВАЕМОГО СЫРЬЯ
Специальность: 05.02.13
«Машины, агрегаты и процессы (машиностроение)»
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Ижевск 2008
Работа выполнена в ГОУ ВПО Ижевский Государственный Технический Университет
Научный руководитель: доктор техн. наук, профессор
Диденко Валерий Николаевич
Официальные оппоненты: доктор техн. наук, профессор
Филькин Николай Михайлович
канд. техн. наук, доцент
Сергеев Алексей Александрович
Ведущая организация: Институт прикладной механики УрО РАН, г.Ижевск
Защита состоится «17» октября 2008 г в ____на заседании диссертационного совета Д212.065.03 при ГОУ ВПО Ижевский Государственный Технический Университет,
426069, г. Ижевск, Студенческая 7, тел. (341-2) 58-88-46 в конференц-зале отдела аспирантуры и магистратуры (7й корпус)
С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ИжГТУ
Автореферат разослан «____» сентября 2008
Ученый секретарь
диссертационного совета: доктор техн. наук, профессор
Турыгин Юрий Васильевич
Общая характеристика работы:
Актуальность
В связи с истощением запасов ископаемых топлив, во всем мире ведутся исследования по использованию биотоплива. Для отопительных целей одним из перспективных является древесное гранулированное топливо – пеллеты. Несмотря на массу достоинств, пеллеты пока еще недостаточно распространены в России. Из-за ряда особенностей технологии их производства, цена на пеллеты еще достаточно высока, для того чтобы они могли конкурировать с традиционными нефтью и газом. Решению данной проблемы посвящена данная работа.
Объект исследования
Машины и агрегаты для производства древесного гранулированного топлива (пеллет)
Цель диссертационной работы
Обоснование и разработка автономной установки по производству пеллет с энергообеспечением от перерабатываемого сырья
Задачи
- Исследовать современное состояние вопроса по разработке установок для переработки отходов лесной, торфодобывающей промышленности, и сельского хозяйства, провести технико-экономический анализ технологии производства пеллет и обосновать основные принципы снижения стоимости производства пеллет
- Разработать общую структуру и принципиальную технологическую схему установки по производству пеллет, предусматривающую размещение агрегатов на автомобильном шасси, с энергоблоком для выработки тепловой и электрической энергии от перерабатываемого древесного топлива. Обосновать оптимальную производительность установки.
- Разработать метод расчета установки.
- Обосновать принятые конструктивные решения агрегатов установки и оценить экономическую эффективность принятого решения мобильной установки для производства пеллет с автономным энергообеспечением.
Методы исследований
в работе использованы эмпирические и теоретические методы исследования. Решения задач базируются на известных теоретических положениях физико-химических основ горения, механики жидкостей и газов, математического моделирования и деталей машин.
Достоверность и обоснованность результатов
Достоверность исследований обеспечена обоснованностью теоретических положений, корректностью использованных математических методов, обоснованностью используемых теоретических зависимостей и принятых допущений, а также успешным опытом использованием отдельных агрегатов установки в промышленной эксплуатации. Достоверность новизны технического решения подтверждается патентом на изобретение
На защиту выносятся:
- Результаты анализа современного состояния вопроса по разработке установок для переработки в топливо отходов лесной, торфодобывающей промышленности, и сельского хозяйства, результаты технико-экономического анализа технологии производства пеллет, с целью поиска основных принципов снижения стоимости их производства
- Разработанные общая структура и принципиальная технологическая схема установки для производства пеллет с энергообеспечением от перерабатываемого сырья, а также результаты обоснования оптимальной производительности предлагаемой установки
- Разработанный метод расчета установки.
- Конструктивные решения агрегатов установки для производства пеллет мобильного базирования с автономным энергообеспечением от перерабатываемого сырья и технико-экономическая оценка ее эффективности.
Научная новизна
Автором предложена усовершенствованная технология производства пеллет, отличающаяся тем, что обеспечение технологического процесса теплотой и электроэнергией осуществляется за счет газификации части перерабатываемого сырья, с последующим сжиганием получившегося генераторного газа в газовом двигателе и теплогенераторе, с получением электрической и тепловой энергии соответственно.
Автором разработан метод расчета предлагаемой установки для производства пелет.
Практическая полезность
Разработанная и запатентованная мобильная установка по производству пеллет с энергообеспечением от перерабатываемого сырья позволяет решить проблему переработки биомассы в отрыве от транспортной и энергетической инфраструктуры.
Предложенный метод расчета установки позволяет производить подбор оборудования с высокой степенью точности, что значительно снижает финансовые и временные затраты на проектирование и отработку установки.
Реализация результатов
Результаты работы были использованы в фундаментальной НИР № ТП 7-08 «Исследование процессов тепломассообмена при переработке биомассы в альтернативные виды топлива” в ГОУ ВПО “Ижевский Государственный технический университет”
Апробация работы
Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах и конференциях:
- Всероссийская конференция инновационных проектов студентов и аспирантов по приоритетному направлению программы «Энергетика и энергосбережение», 26-29 сентября 2006г г.Томск (почетный диплом )
- Научно-техническая конференция «Проблемы энерго-ресурсосбережения» ИжГТУ, Ижевск, 20 апреля 2007 г.
- V Ярмарка бизнес-ангелов и инноваторов «Российским инноваторам – российский капитал», Пермь, 25-26 апреля 2007 г.
- Научно-практическая конференция «Региональные аспекты реформы энергетики» Санкт-Петербургский государственный политехнический университет (СПбГПУ) 27 февраля 2008 года.
- Научно-техническая конференция “Проблемы энерго-,ресурсосбережения и охраны окружающей среды” ИжГТУ, Ижевск, 22-23 мая 2008
Публикации
Основное содержание диссертации отражено в 9 научных работах (4 из списка рекомендованных ВАК, в том числе в одном авторское свидетельстве).
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, заключения, библиографического списка, включающего 102 наименования. Работа изложена на 131 листе машинописного текста, содержит 27 рисунков, 10 таблиц.
Краткое содержание работы
| Рисунок 1. Затраты на производство пеллет при традиционной технологии. |
 |
Во введении показана актуальность рассматриваемой темы, сформулированы объект и методы исследования, определены цель и задача научной работы.
В первой главе
приведен аналитический обзор современного состояния работ по созданию установок для переработки отходов лесной, торфодобывающей промышленности, и сельского хозяйства. Показано, что пеллетирование (гранулирование) является наиболее прогрессивным способом переработки горючей биомассы в топливо для отопительных целей. Приведен технико-экономический анализ технологии производства пеллет. Рассмотрены проблемы транспортировки исходного сырья и конечной продукции, а также методы обеспечения технологии энергоносителями. В результате поиска путей снижения стоимости производства пеллет сделан вывод: установка по производству пеллет должна быть мобильной и иметь автономное энергообеспечение.
В случае обеспечения данных принципов минимизируются следующие затраты (рис.1):
а) На сырье. Стоимость исходного сырья зависит от близости к инфраструктуре, причем основная часть стоимости – это затраты на транспортировку. При использовании мобильной установки с автономным энергоснабжением возможна работа с сырьем минимальной стоимости (удаленные лесопилки, рубки ухода), при этом затраты на транспортировку сырья практически отсутствуют.
б) На сушку (наиболее затратный по теплоте процесс).
в) На дробление, пеллетирование, охлаждение (потребители электроэнергии).
Очевидно, что реализовав два вышеуказанных принципа (мобильность и энергоавтономность установки), возможно значительно снизить общую стоимость производства пеллет
Во второй главе приведены результаты реализации данных принципов. Мобильность обеспечивается размещением агрегатов установки на транспортных носителях, в качестве которых, как наиболее оптимальные, приняты автомобильные шасси. Для автономного энергообеспечения установки выбран слоевой газогенератор обращенного типа. Проведено исследование современного состояния вопроса проектирования и производства газогенераторов.
Общая структура установки по производству пеллет представлена на рис.2, и включает в себя: газогенератор, фильтр, теплогенератор, охладитель газа, молотковую дробилку, барабанную сушилка, газовый двигатель, электрогенератор, дозатор воды, смеситель, пресс-экструдер, охладитель, сепаратор, выход конечной продукции (весы и контроль). Данная структура соответствует патенту №55774 «Установка переработки биотоплива» от 28.03.2006,
(патентообладатель ГОУ ВПО «Ижевский Государственный Технический Университет», авторы В.Н.Диденко, Д.А. Плотников).
| Рисунок2. Структура установки. |
  |
Мобильным вариантом реализации этой структуры с агрегатированием по шасси является схема установки, представленная на рисунке 3.
Перерабатываемое сырье (тонкомер, горбыль, порубочные остатки) подается в рубильную машину, расположенную на шасси №1. Полученная щепа поступает на молотковую дробилку и далее в барабанную сушилку (шасси №2), где подсушивается до влажности 10-12%. После чего подает в блок прессования – шасси №5. Здесь в циклоне древесная мука отделяется от сушильного агента. Далее древесная масса подается на пресс-гранулятор, где гранулируется. Готовые гранулы, имеющие высокую температуру, попадают на транспортер-охладитель (нория), охлаждаются, и после упаковываются в пакеты. Часть сырья, в количестве примерно 30%, отбираемая после барабанной сушилки и подающаяся на газогенераторы, служит для выработки тепловой и электрической энергии. В энергоблоке (шасси №4) происходит газификация топлива, охлаждение и очистка полученного генераторного газа, а также его сжигание в газовом двигателе с получением электрической энергии. Полученный генераторный газ содержит две основные горючие части - окись углерода СО и водород H2, а также балласт в виде N2,СО2, Н2О. Из-за применения сырья с большим выходом смолистых веществ, был применен слоевой газогенератор, с обращеным процессом.
Рисунок №3. Принципиальная схема установки мобильного базирования с автономным энегоообеспечением от перерабатываемого сырья
газификации, газогенератор. Он позволяет получать генераторный газ, не загрязненный смолистыми веществами, что благоприятно сказывается на надежности работы двигателя. После газогенератора газ охлаждается в кожухотрубном теплообменнике, служащим также гравитационным осадителем. При этом охлаждающей средой является воздух. После теплообменника газ фильтруется на сетчатых фильтрах, и дымососом подается на сжигание в газовый двигатель и на горелку теплогенератора (шасси №4).
В установке применены следующие энергосберегающие решения:
а)газ выходящий с газогенератора имеет высокую температуру, порядка 400 С. Для стабильной работы газового двигателя он охлаждается в теплообменнике до 30 °C.. При этом воздух, забравший теплоту, является одним из компонентов сушильного агента.
б)охлаждение камеры сгорания теплогенератора осуществляется воздухом, проходящим через кольцевой канал вокруг камеры сгорания, при этом подогретый воздух используется как один из компонентов сушильного агента
в)выхлоп, образующийся после газового двигателя, имеет высокую температуру, и поэтому применяется как один из компонентов сушильного агента.
В третьей главе излагается разработанный метод расчета установки в виде расчетного алгоритма, а также частные методики по расчету отдельных агрегатов установки.
Укрупненный алгоритм расчета в виде блок схемы представлен на рисунке 4
Описание частных методик дано в блоках 1-9 алгоритма расчета.
Блок 1. Расчет состава генераторного газа
Состав генераторного газа определяется решением системы уравнений балансов топлива, теплоты и уравнения константы равновесия обратимой реакции СО+Н2ОСО2+Н2. По известному составу генераторного газа находится его теплота сгорания. Также в этом расчетом блоке определяется теплота сгорания твердого топлива (сырья), выход генераторного газа с 1 кг сырья и расход воздуха на газификацию.
Рисунок 4. Общий алгоритм расчета
| Таблица№1 Расчет состава генераторного газа. Определение теплоты сгорания твердого топлива и генераторного газа | |
| Вводимые значения | Элементный состав сырья (рабочий) в % ( Ср, Нр,Ор,Ар,Wр) Константа равновесия реакции СО+Н2ОСО2 +Н2. Кр |
| Используемые формулы |  ;   100-(СО+СО2+Н2+Н2О)=N2;   ; Qрв (тв.т)=340Ср+1260Нр-109(Ор-Sрл) Qрн (тв.т)=340Ср+1035Нр-109(Ор-Sрл)-25*Wр Qггв=126,5СО+127,5Н2, Qггн=126,5СО+107,5Н2  |
| Результаты | Выход газа в.г м3/кг Состав газа в % (СО, СО2, Н2, Н2О, N2) Условный КПД газогенератора  Теплота сгорания твердого топлива Qрв (тв.т), Qрн (тв.т), кДж/кг Теплота сгорания генераторного газа Qггв, Qггн, кДж/м3 Расход воздуха на газификацию 1 кг топлива L, м3/кг |
Блок №2 Расчет состава дымовых газов
по известному составу генераторного газа определяется состав и количество дымовых газов,
| Таблица№2 Расчет состава дымовых газов | |
| Вводимые значения | Состав газа в % (СО, СО2, Н2, Н2О, N2) Коэффициент избытка воздуха  |
| Используемые формулы |         |
| Результаты | Теоретическое количество воздуха на сжигание  м3/м3 Количество трехатомных газов  м3/м3 Количество двухатомных газов  м3/м3 Количество водяного пара  м3/м3 Общее количество дымовых газов  м3/м3 |
Блок №3 Расчет двигателя
По известной теплоте сгорания генераторного газа, электрической нагрузке на технологию и по характеристикам применяемого двигателя определяется объем двигателя и расход газа на него.
| Таблица №3 Расчет двигателя | |
| Вводимые значения |  - количество горючей смеси, кмол гор.см./кмоль топлива.; Тк –температура воздуха °K; pi – индикаторное давление MПа ; pk – давление воздуха после компрессора (наддув) МПа;  - низшая теплота сгорания генераторного газа МДж/м3;  - коэффициент наполнения цилиндров; |
| Используемые формулы |  ;   ;   ;  Gсмдвиг.=  ;  |
| Результаты | Индикаторный КПД  ; теплота сгорания смеси газ/воздух hu Дж/м3; давление трения   ; среднее эффективное давление   ,  -рабочий объем цилиндров дм3; расход газо-воздушной смеси Gсмдвиг м3/ч: расход генераторного газа на двигатель  м3/ч |
Блок№4 Расчет барабанной сушилки
По требуемой производительности установки, влажности исходного сырья, влажности сырья, которую необходимо иметь перед пресс-гранулятором, и характеристикам применяемой барабанной сушилки определяется расход сушильного агента. В первом приближении, параметры сушильного агента принимаются как у воздуха. После завершения всего алгоритма расчета и получения окончательного состава сушильного агента, строится его I-d диаграмма, по которой производится пов ерочный расчет процессов сушки.
| Таблица №4 Расчет барабанной сушилки | |
| Вводимые значения | Gпел – требуемая производительност установки кг/ч; Wсыр – влажность исходного сырья; Tвх – температура сырья на входе; Tвых – температура сырья на выходе; D –диаметр сушилки, dоп – эквивалентный диаметр измельченного сырья ; напряжение барабана по испаряемой влаге A кг/(м3·ч); расход топлива на газогенераторы Gт (при 1й итерации принимается 0,4 Gпел) кг/ч ; г – плотность сушильного агента при средней температуре; тв – плотность сырья;  - динамическая вязкость сушильного агента при средней температуре с/м2; теплоемкости воды и сырья (опила) Дж/(кг °К) - своды и сопил |
| Используемые формулы |  =Gпел+Gт;   Qбс=(Gвл*(свод*(Tвх -Tвых)+r)+ *cопил*(Tвх -Tвых))/3600  ; где   ;  ; Gca=Vca*г |
| Результаты |  -расход сухого сырья кг/ч;  -расход влажного сырья кг/ч; Qбс расход тепла на барабанную сушилку Вт; скорость уноса  м/с; допустимая скорость  м/с;  расход сушильного агента м3/с при средней температуре ; Gca расход сушильного агента кг/с |
Блок№5 Расчет сушильного агента
Из расхода сушильного агента, расхода дымовых газов после теплогенератора, расхода газов после двигателя определяется расход воздуха, идущего на образование сушильного агента.
| Таблица №5 Расчет сушильного агента | ||
| Вводимые значения |  -выход дымовых газов с 1м3 газа м3/м3 | |
| Используемые формулы |   * ;  ;  * ;  | |
| Результаты |  - расход дымовых газов от двигателя  ;  расход газа на теплогенератор ;  - расход дымовых газов от теплогенератора ; - расход воздуха на образование сушильного агента ; | |
| Рисунок 5 Расчетная схема теплообменника | ||
Блок №6 Расчет теплообменника
По известным расходам генераторного газа и воздуха рассчитывается теплообменник-охладитель газа.
| Таблица №6 Расчет теплообменника | |||
| Вводимые значения |  -выход дымовых газов с 1м3 газа м3/м3  - температура газа на входе °К;  - температура газа на входе °К;  - температура воздуха на входе, ri объемные доли компонентов генераторного газа;  -молекулярные массы компонентов генераторного газа; ci – теплоемкость компонента газа (изохорная)  ; С1 – теплоемкость генераторного газа  ; С2 – теплоемкость воздуха  ;  -плотность i-го компонента газа кг/м3 ;  - теплопроводность, Вт/(м*0С); i - коэффициент динамической вязкости; [Па*С]; G1 – расход генераторного газа через теплообменник кг/с, G2 – расход воздуха через теплообменник кг/с | ||
| Используемые формулы |  ;  ;  ;  ; С1=qiCi ;  0= ri * i ; = 0*(273,15/(t+237.15)) ’=(со*СО+со2*СО2+н2*Н2+н2о*Н2О+N2*N2) ’’=1/( СО/ со+ СО2/ со2+ Н2/ н2+ Н2О/ н2о+ N2/ N2) =0,5*( ’- ’’) =1/(qco/ с+q со2/ со2+ q н2/ н2+qн2о/ н2о+q N2/ N2)  , a= /( с*), Pr= /a  ;   ;  ;  ; tперек.= tпрот.*перек;  | ||
| Результаты | ;tперек. –средний температурный напор при перекрестнй схеме;  м2 –площадь труб теплообменника, Pr –критерий Прандтля, Re- критерий Рейнольдса;  коэфициент теплоотдачи, Nu – критерий Нуссельта, м2/c – коэффициент кинематической вязкости | ||
| Рисунок 6 Схема газогенератора обращеного типа | Рисунок 7. Характерные размеры газогенератор | ||
 |  | ||
Блок№7. Расчет конструктивных параметров газогенератора
По уточненному расходу генераторного газа Gгг=3600*G1 рассчитываются
конструктивные параметры газогенератора
| Таблица №7 Расчет конструктивных параметров газогенератора | |
| Вводимые значения | q - напряженность горения кг/(м2час) t – время между чистками зольника; час Fзол ; поперечное сечение зольника ; м2 0 - насыпной вес очаговых остатков; кг/дм3 А3 –зольность топлива %, принмается Aр |
| Используемые формулы | GТ= ;  ;  Vв= L*Gт ;  ;  |
| Результаты | GТ – расход твердого топлива на газификацию кг/ч  - диаметр камеры газификации, мм  - диаметр горловины, мм Vв - расход воздуха на газогенератор; м3/ч  - диаметр фурм; мм  - высота зольника; мм |
Блок №8 Расчет горелки на генераторном газе
Определяем параметры горелки типа “труба в трубе” для теплогенератора и длину факела от горелки, по известному расходу газа 
| Таблица №8 Расчет горелки на генераторном газе | |
| Вводимые значения |  , температура (°К) и давление (Па) газа перед горелкой  , температура (°К) и давление (Па) газа перед горелкой  - коэффициент сопротивления горелки (по газу и по воздуху) |
| Используемые формулы |   *L* ;   ;   ; где dтр- наружный диаметр газовой трубы, принимаемый по таблицам, в зависимости от  Длина факела  или  где  -адиабатная температура пламени,  К;  - температура вытекающего газа,  К;  - отношение числа молей реагирующих веществ к числу молей продуктов реакции для стехиометрической смеси. |
| Результаты |  - расход воздуха через горелку м3/с;  скорость в носике (по газу и по воздуху) F – площадь выходного сечения мм2;  - диаметр газового сопла, мм  - диаметр корпуса горелки, мм |
Блок №9 Расчет теплогенератора
Вводимые значения:
- массовый расход воздуха по кольцевому каналу; 
- массовый расход продуктов сгорания в камере сгорания; 
- массовый расход воздуха в газовой горелке; 
- массовый расход генераторного газа через горелку; 
- низшая теплота сгорания генераторного газа; 
- температура горения генераторного газа; 
- температура воздуха на входе в кольцевой канал; 
- температура воздуха на выходе из кольцевого канала;
- температура наружного воздуха, омывающего рубашку камеры сгорания; 
- температура воздуха, подаваемого в газовую горелку;
- температура генераторного газа на входе в горелку; 
- абсолютное давление воздуха на входе в кольцевой канал; 
- абсолютное давление продуктов сгорания на входе в камеру сгорания; 
- абсолютное давление продуктов сгорания на выходе из камеры сгорания; 
- внутренний диаметр камеры сгорания; 
- толщина стенки камеры сгорания; 
- коэффициент теплопроводности материала стенки камеры сгорания; 
- толщина стенки рубашки камеры сгорания (без изоляции); 
- коэффициент теплопроводности материала рубашки камеры сгорания; 
- коэффициент теплопроводности изоляционного материала, наносимого снаружи на рубашку камеры сгорания; 
- коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности теплоизоляции рубашки камеры сгорания; 
- приближенное значение длины камеры сгорания.
Расчтеная схема приведена на рисунке 8.
Рисунок 8. Расчетная схема теплогенератора
Основные расчетные формулы:
Средний температурный напор при теплопередаче через стенку камеры сгорания
Средняя температура воздуха в кольцевом канале камеры сгорания
;
Средняя плотность воздуха по длине кольцевого канала
Требуемое количество теплоты, получаемое воздухом в кольцевом канале
Требуемый расход генераторного газа
где 
средняя массовая изобарная теплоемкость продуктов сгорания.
Средняя скорость продуктов сгорания по длине кольцевого канала
.
Среднее число Рейнольдса для потока продуктов сгорания по длине кольцевого канала 
.
эквивалентный диаметр кольцевого канала и внутренний диаметр рубашки камеры сгорания; 
; 
Для каждого выделенного участка по длине камеры сгорания определяются:
- число Nu с учетом охлаждения газа у стенки камеры сгорания
где: 
число 
для теплоотдачи между продуктами сгорания и внутренней поверхностью камеры сгорания при постоянстве физических свойств
поправка для 
на охлаждение продуктов
сгорания при 
- коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к внутренней поверхности камеры сгорания
- Плотность теплового потока при теплоотдаче от продуктов сгорания к внутренней стенке камеры сгорания
где
- Плотность лучистого теплового потока во внутреннюю стенку камеры сгорания
где 
- степень черноты газовой смеси
- поглощательная способность газов при температуре внутренней стенки камеры сгорания (
)
- Скорость воздуха на выделеном i-ом участке кольцевого канала
- Число Рейнольдса для воздуха в кольцевом канале
- Число
при теплоотдаче на наружной стенке камеры сгорания и внутренней стенке рубашки с учетом участка тепловой стабилизации
;
где 
число 
на наружной поверхности камеры сгорания при одностороннем ее обогреве и в условиях тепловой стабилизации
-среднее значение числа 
в кольцевом канале с учетом нагревания воздуха у наружной стенки камеры сгорания.
поправка для числа 
:
при 
; 
при - 
,
Поправка на величину участка тепловой стабилизации:,
при 
при 
Здесь 
- относительная длина участка тепловой стабилизации
- Коэффициент теплоотдачи в пограничном слое у наружной стенки камеры сгорания
- Плотность теплового потока от наружной стенки камеры сгорания в поток воздуха
- Число Nu3 при теплоотдаче на наружной стенке камеры сгорания и внутренней стенке рубашки
где 
- число 
на внутренней поверхности рубашки камеры сгорания при нагреве только наружной стенки камеры сгорания в условиях тепловой стабилизации 
- Коэффициент теплоотдачи в пограничном слое у внутренней стенки рубашки камеры сгорания
- Плотность теплового потока от потока воздуха во внутреннюю стенку рубашки камеры сгорания
- Плотность лучистого теплового потока от наружной стенки камеры к внутренней поверхности рубашки через прозрачную среду
Где 
приведенная степень черноты
- Суммарный коэффициент теплоотдачи к внутренней стенке рубашки
- Плотность теплового потока в рубашку камеры сгорания
Где 
- термическое сопротивление теплопроводности рубашки камеры сгорания.
- Температура воздуха на следующем (i+1)ом выделенном участке
- Приращение теплоты воздухом в кольцевом канале на выделенном участке протяженностью Х
- Теплота, переданная воздуху в кольцевом канале на длине Х
Длина камеры сгорания определяется как значение X, при котором выполняется условие 
В четвертой главе
представлено решение задач проектирования и эксплуатации технологического оборудования мобильной установки по производству пеллет.
С использованием разработанного метода для обоснования оптимальной производительности мобильной установки, был произведен сравнительный количественный анализ массовых и геометрических характеристик установок различной производительности. Ррезультаты анализа приведены на рис.9. В качестве лимитирующих показателей были приняты:
а) наибольшие габариты единицы оборудования (график 1). Ограничение – габарит стандартного тракторного шасси не более 9м
б) единичная масса наиболее тяжелой единицы оборудования (график2). Ограничение - грузоподъемность тракторного шасси с учетом прохождения по лесовозным дорогам не более 5 тонн.
в) диаметр камеры газогенератора (не более 700 мм из условия проникновения окислителя в слой топлива).
Как видно из графиков, при принятых ограничениях, допустимая производительность установки находится в диапазоне 1-1,5 т/час. Поскольку выпускаемое типовое оборудование для гранулирования имеет шаг 0,2; 0,5; 1,0 ; 1,5; 2,0 т/ч, то оптимальной является производительность 1,0 т/ч.
Рисунок 9. Зависимость лимитирующих показателей установки от ее производительности
Установка производительностью 1000 кг/ч пеллет, была рассчитана и конструктивно проработана до стадии эскизного проекта. Как вариант, разработано размещение энергоблока на шасси автомобиля «Урал» (рис.10). Схема компановки остальных агрегатов приведена в таблице 9.
Рисунок 10. Энергоблок на шасси автомобиля «Урал» (Вариант шасси №4)
Таблица 9. Схема компановки агрегатов установки.
| Шасси №1. Рубильная машина | Шасси №2 Барабанная сушилка |
 |  |
| Шасси №3 Теплогенератор. Камера смешения | Шасси №5 Циклон, пресс-гранулятор, нория |
 |
Рисунок11 Схема энергопотоков при стационарном режиме
На рис.11 оказана схема энергопотоков в мобильной установке производительностью 1000 кг пеллет в час, при стационарном режиме. Аналогичная схема была разработана для нестационарного режима (запуск установки).
На основании полученных характеристик установки производительностью 1000 кг/ч пеллет был произведен технико-экономический анализ использования установки, а также сосотавлен бизнес-план. При этом затраты на производство пеллет ориентировочно составляет 690 руб/тонна, а при традиционной технологии порядка 1500-1700 руб/тонна.
Это позволяет сделать вывод, что предполагаемая установка является конкурентоспособ- ной уже сегодня. Также, в связи с прогнозируемым повышением цен на природный газ, очевидно, что пеллеты будут широко применятся в РФ, что позволяет надеяться на массовое внедрение данной технологии.
Заключение.
В работе выполнен анализ перспективных технологий по переработке в топливо отходов лесной, торфодобывающей промышленности и сельского хозяйства, обоснованы основные принципы снижения стоимости производства пеллет. Для перспективной технологии это: мобильность и автономное энергоснабжение.
Разработана общая структуру установки по производству пеллет, реализующая вышеуказанные принципы, а также вариант ее детальной проработки, в виде принципиальная схема установки по производству пеллет мобильного базирования с автономным энергообеспечением от перерабатываемого сырья
Предложен метод расчета, позволяющий определять характеристики установки, а также подбирать отдельные агрегаты, входящие в ее состав.
Проработана конструкция установки производительностью 1000 кг/час пеллет, получен патентная грамота №55774 «Установка переработки биотоплива» от 28.03.2006, произведен технико-экономический расчет, показавший высокую экономическую эффективность предлагаемой технологии.
Полученные решения позволяют значительно снизить стоимость производства пеллет, а также использовать источники сырья, ранее технологически недоступные. Предложенный метод расчета установки позволяет производить подбор оборудования с высокой степенью точности, что значительно снижает финансовые и временные затраты на проектирование и отработку установки.
Основные результаты диссертационной работы
отражены в следующих публикациях:
- Патент: «Установка переработки биотоплива» №55774 «Установка переработки биотоплива» от 28.03.2006, (патентообладатель ГОУ ВПО «Ижевский Государственный Технический Университет», авторы В.Н.Диденко, Д.А. Плотников.)
- В.Н.Диденко, Д.А. Плотников «Пеллеты –древесное гранулированное топливо. Как снизить стоимость»// Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» №8(52) 2007.-С.59-62.
- Плотников Д.А., Диденко В.Н. «Генераторный газ как альтернативное топливо»// Вестник ИжГТУ №3 (35) 2007. – С.157-161
- Диденко В.Н., Плотников Д.А. «Обоснование и разработка автономной установки по производству пеллет с энергообеспечением от перерабатываемого сырья» //Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (в печати)
5) Плотников Д.А., Диденко В.Н. «Мобильный комплекс по производству древесного гранулированного топлива (энергопеллет) с обеспечением от перерабатываемого сырья»//Материалы Всероссийской конференции-конкурсного отбора инновационных проектов студентов и аспирантов по приоритетному направлению программы «Энергетика и энергосбережение», 26-29 сентября 2006г. Труды конференции. – Томск: Изд-во Томского политехн. ун-та, 2006.- С. 404-410
6) Диденко В.Н., Плотников Д.А. «Древесные гранулы – конкуренты природного газа»// Вестник энергосбережения УР.-№2(6) декабрь2006.-С.34-35
7) Плотников Д.А., Диденко В.Н. «Древесное гранулированное топливо - пеллеты»// Проблемы энерго- и ресурсосбережения и охраны окружающей среды, науч. –техн. конф. (20 апреля 2007, Ижевск). Материалы.- Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2008. –С. 64-69
8) Плотников Д.А., Диденко В.Н. «Установка переработки биотоплива» // Проблемы энерго- и ресурсосбережения и охраны окружающей среды, науч. –техн. конф. (20 апреля 2007, Ижевск). Материалы.- Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2008. –С. 24-30
9) Диденко В.Н., Плотников Д.А., «Методы снижения стоимости гранулированного биотоплива за счет применения энергоэффективных технологий производства» // Приложение к журналу «Академия Энергетики» №3 [23]/2008 Сборник докладов конференции “Региональные аспекты реформы энергетики”. – С.37-39
В авторской редакции: ___________________________
