1598005439-1326b994f1090c560653e496106b7ac8 (811216), страница 22
Текст из файла (страница 22)
о»» о' л Рис. 8. Термическое автоозжслеиае целлюлозы а воздухе. При термическом разложении целлюлозы и гемицеллюлозы происходят сложные реакции с образованием промежуточных продуктов. Эти реакции могут протекать как параллельно, так и последовательно, н их можно классифицировать следующим образом: — при температурах ниже 300'С пиролиз целлюлозы в воздухе или инертной среде сопровождается такими процессами, как образование свободных радикалов, удаление водьь деполимеризация, образование соединений с карбонильной и карбоксильной группами, СО и СО , в результате чего получается главным образом обуглероженный остаток (рис.
8); — при температурах 300-450*С гликозндная связь полнсахаридов разрушается с образованием одной свободной гидроксильной группы (трансгликосилирование) в смеси левоглюкозанов и других производных глюкозы и олигосахаридов (рис. 9 и табл. 4). Эту смесь обычно называют смолистой фракцией; — при температуре 300-450'С илн при более высокой температуре в результате дегидратацни, перегруппировки и расщепления сахаров образуются различные карбонильные соединения, такие, как уксусный альдегид, глиоксаль и акролеин, которые легко испаряются; — в результате конденсации ненасьпценных продуктов и отщепления Способы получения энергии ю биомассы Рис. 9.
Пнроллз целлюлозы а производные глюкозы (ангидриды), олигосаха- риды и продукты разложения, содержапгиеся а смоле. Таблица 4. Продукты пиролиза целлюлозы при температуре 300'С в атмосфере азота 107 Часть П Способы получения энергии из биомассы боковых цепей по свободнорадикальному механизму образуются высокореакционноспособные углеродсодержащие остатки, представляющие свободные радикалы. При на~резании целлюлозных материалов до 500'С и выше образуется смесь этих продуктов (табл. 5).
При высоких температурах и малых размерах частиц сырья в основном идет процесс газификации, а при низких температурах и больших размерах частиц, а также при наличии в сырье влаги и неорганических веществ-образование углистого вещества, воды и СО,. Таблица 5. Продукты циролиза целлюлозы прн 550'С Эвсосрныснтвньныс Хс»овн», выход в ывсс. % пв дх Ввь доев»о» н 5% Н»РО, +5% !ХН,!»НРО» В 5% 7»СХ» 1,0 3,2 Следм 0,5 2,1 1,2 0,9 0,7 0,4 0,7 0,5 2,0 0,4 0,5 0,2 0,9 0,5 1,6 1,5 0,7 0,8 1,1 Следы 2,0 3.
ПРОЦЕСС ГОРЕНИЯ Пиролиз или термическое разложение биомассы происходит при достаточно высоких температурах с образованием смеси горючих газов, которые сгорают с кислородом воздуха. При низкотемпературном пиролизе образуется значительное количество углистого остатка. При пламенном сгорании газов высокая скорость тепловыделения и тепловой поток, содержащий достаточное количестно энергии для распространения фронта пламени, обеспечивают газификацию сырья (рис.
10). При значениях температуры или интенсивности теплового потока ниже определенного уровня может иметь место медленное горение или неполное сгорание твердой углистой фазы, сопровождающиеся дымлением или эмиссией недоокисленных продуктов пиролиза. Подобное можно наблюдать при сжигании клетчатки небольшой плотности Апетальдегид Фуран Пропевал Метанол 2-мегилфуран 2,3-бутанднон 1-гидрокси-2-пропанон Глиоксапь Уксусная кислота 2-фуральдегнд 5-метил-2-фуральдегид Диоксид углерода Вода Углистое вещество Смола 2,8 1,0 1,3 О',5 6 11 5 66 0,2 1,0 1,3 1,1 2! 24 1б Следы 0,4 ' 0,9 0,8 1,3 2,1 1,0 0,3 6 3 26 23 35 31 7 3! Активная нас по !апис»ласо Г всШестса, /ВарУушлый лапта Юеалиииолый Гворанив еуФстрат твердой Воани ъ, Тслловой / й й В ь, полюд' Сгорали с ч твсрдой Вэаввх Вослламсняющисся е лвллгнив всвивства ВГ потов 1(вллюлсоный Горение В гаваной Ввавв Тепловой Рис.
1О. Схема пламенного и медленного сгорания летучих горючих компонент и углнстого вещества, образующихся в процессе циролиза биомассы. ла лпн Вослла нспвлие где )я-интенсивность реакции, ЛН-теплота сгорания, в(ьо/с(г-скорость перемещения масс. Для биомассы, используемой в качестве топлива, это уравнение дает приближенную скорость тепловыделения при постоянной скорости сгорания. Сос~ав и /!Н продуктов пиролиза могут изменяться, а полнота сгорания при равновесном состоянии не зависит от с(хо/с(г. Для того чтобы определить скорость тепловыделения и генерируемую энергию в чистом виде, необходимо учитывать содержание влаги и неорганических веществ в топливе.
ТЕПЛОта СГОРаНИЯ 2!Нгор ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ РаСЧЕтНЫМ ПУТЕМ ПРИ ДОПУЩЕ- 25" или другого пористого материала. Углистое вещество окисляется медленно за счет диффузионно проникающего воздуха. Скорость тепловыделения небольшая прн отсутствии значительных тепловых потерь. Тепловой поток обеспечивается конвекцней илн теплопроводностью. При полном сжигании постоянная скорость сгорания однородного топлива опрелеляется как Часть И нии, что горение топлива происходит в соответствии с реакцией Топливо+О, -е СО, + Н,О (4) при температуре 25'С. Поскольку в действительности гзорение происходит при более высоких температурах (х'С), то АН" = з3Нгор + ) аз С СР (СОг) дТ+ + (л" СР(НгО) 4(Т+ Ьойспар (НгО)— — )гз СР(топлива) е)Т вЂ” ) гз.
СР(О,) йТ. (5) Таблица 6. Теплота сгорания древесных топлив гз ан„р, ° 1 „юа, пр еер 15-400'С, ццц1» Образец — 4143 — 46! 6 — 3853 290 — 4341 277 Целлюлоза Древесина Гнилая древесина (лжетсуга тиссолистиая) Хвоя желтой сосны — 4878 242 — 4904 241 — 5! 20 — 5145 Уравнение (5) учитывает изменение теплоемкости продуктов сгорания при увеличении температуры от 25 до хеС и теплоты парообразования воды. Для СО„Н,О н О, значения теплоемкостн могут быть определены с помощью интегральных уравнений Спенсера, поскольку теплоемкость является функцией только температуры. В соответствии с этими расчетами для повышения температуры СО,, Н,О и О, от 25 до 400'С требуется соответственно 89,24; 174,8 и 86,99 кал)г.
Теплота парообразования воды при 25'С равна 582,3 кал/г. Количество везцества, содержашего ! г сухого горючего, рассчитывается на основании элементного анализа по содержанию углерода и водорода и при допущении, что разность приходится на кислород или продукты, теплоемкость которых остается постоянной. Единственным экспериментально определенным показателем является теплоемкость топлива, измерение которой производится с помощью дифференциально сканируюшего калориметра.
В табл, 6 приводятся экспериментально определенные Ь)г'егпзр и попРавки длЯ Расчета значений ЛН4при Различных топлив. Поправки на температуру по сравнению с суммарной теплотой сгорания невелики, хотя ими, безусловно, нельзя пренебрегать. Важным фактором при расчете является корректировка на теплоту испарения воды, образующейся в процессе сгорания вещества. Наибольшие поправки приходятся на целлюлозу с относительно высоким содержанием водорода. Поправка уменьшается для лигнинового топлива, имеющего мо- Способы получения энергии нз бноыассы лекулярную структуру с большей ненасыщенностью.
Поскольку доля теплоемкости образуюшихся газов по сравнению с теплотой парообразования невелика (уравнение (5)3, поправка на теплоту сгорания будет изменяться с температурой незначительно. Приведенные выше поправки были определены на сухую массу без учета содержания азота в воздухе. Для топлива с содержанием ул', влаги потребуются дополнительные поправки, определяемые следующим уравнением: 4 ни' — Ан," „у — у 582,3 — — 0,435 (х — 25], (6) Это уравнение учитывает количество горючего вещества, а также энергию, затрачиваемую на испарение и нагрев паров содержашейся влаги.
Аналогичным образом вводятся поправки на содержание неорганических веществ, особенно для топлива, состоящего из городских и сельскохозяйственных отходов, в которых содержится большое количество золы, Система сжигания топлива конструируется таким образом, чтобы снизить до минимума потери тепла, обусловленные содержанием в топливе влаги и продуктами сгорания; для этого горячие газы пропускают через свежее топливо. Кроме того, для увеличения эффективности топлив процесс горения следует проводить при более высоких температурах с тем, чтобы, насколько это возможно, полнее использовать тепло горячих газов.
Эффективность сгорания топлива и системы в целом зависит также от количества и температуры поступаюшего воздуха, содержащего около 2!7; кислорода и 78;л„' азота. При недостатке кислорода происходит неполное сгорание топлива, а наличие в системе избытка воздуха приводит к ее охлаждению.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
