«Разработка программного обеспечения по расчёту тепловых процессов пиролизной установки»

ГЛАВА 2. ТЕОРИЯ И РАСЧЁТ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ ПРОТЕКАЮЩИХ В ПИРОЛИЗНЫХ УСТАНОВОК.
2.1. Теория и расчёт температурного поля трубчатого реактора пиролизной установоки.
Явление теплопроводности в веществах представляет собой процесс распространения тепловой энергии при непосредственном Кулоновском (электромагнитном) взаимодействии отдельных частиц тела, имеющих различные температуры (кинетические энергии). Теплопроводность обу­словлена обменом энергией между микрочастицами вещества.
При этом в газах перенос энергии осуществляется за счет диффу­зии молекул (атомов) и обмена между ними энергией при столкновени­ях. В жидкостях и диэлекфиках тепловая энергия (энергия колебаний атомов) переносится при распространении упругих волн. В металлах перенос энергии в основном осуществляется путем обмена энергией между свободными электронами и передачи энергии от свободных электронов атомам решетки, роль упругих колебаний кристаллической решетки здесь имеет второстепенное значение.
Аналитическая теория теплопроводности игнорирует молекулярное строение вещества и рассматривает вещество как сплошную среду. Такой подход правомерен, если размеры объектов исследования достаточно ве­лики ио сравнению с размерами молекул и расстоянием между ними.
Следует указать, что в жидкостях и газах чистая теплопроводность может быт ь реализована при выполнении условий, исключающих пере­нос тепла конвекцией.
Всякое физическое явление в общем случае сопровождается изме­нением в пространстве и времени существенных для данного явления физических величин. Процесс теплопроводности, как и другие виды теп­лообмена, может иметь место только при условии, что в различных точ­ках тела (или системы тел) температура неодинакова. В общем случае процесс передачи тепла теплопроводностью в твердом теле сопровожда­ется изменением температуры как в просфанстве, так и во времени.



t _c1(внутренний температура) мы используем эту формулу для расчета:

1. 
   t _c1= ;
   

t c2(внешний температура)мы используем эту формулу для расчета:

2. 
   t _c2= ;;
   

3)

Где t(r)- температурного поля;
t_c1-внутренний температура;
t _c2-внешний температура ;
r-средний радус;
r₁- внутренний радус;
r_2- внешний радус;
2.2.Расчёт теплового баланса трубчатого реактора для пиролиза биомассы.
_Современное развитие мировой экономики неразрывно связано с возрастанием производства электрической и теп­ловой энергии. Однако в крупных тепловых электростанциях производство энергии сопровождается огромными потерями и расходами природного органического топлива. Сегодня в Узбекистане одним из приоритетных направлений энергетической политики является развитие альтернативной энергетики и энергосбережение во всех сферах эконо­мики страны [ 1).
Одним из классических возобновляемых источников энергии является биомасса. Применение биомассы в нату­ральном твердом виде связано с рядом проблем, основными из которых являются экология и недостаточная эффектив­ность преобразования и использования энергии сырья. Предварительная термическая переработка биомассы в жидкую и газообразную формы представляется наиболее перспективной. Выработанное из биомассы жидкое и газообразное топливо более универсально, экологически приемлемо и имеет большое энергосодержание по сравнению с исходным сырьем (растительные отходы, навоз и другие виды биомассы). Термохимические технологии получения твердого, жид­кого и газообразного топлива из различных видов биомассы включают в себя следующие процессы: прямое сжигание, пиролиз, газификацию, синтез.
Среди современных термохимических технологий энергетического использования биомассы пиролиз является наи­более универсальной, которая позволяет получать качественное, экологически безопасное твердое, жидкое и газооб­разное альтернативное топливо практически из любого сырья. При этом энергетические затраты на обеспечение тер­мохимического процесса обычно не превышают 5-10% от получаемых энергетических продуктов.
Нами создана и экспериментально исследована пиролизная установка для термической переработки биомассы и местных органических отходов с/х производства [2,3]. Принципиальная схема пиролизной установки представлена ня пис. 1.

Рис.2.1.1 Принципиальная тепловая схема пиролизной установки для термической переработки биомассы: БР — биореактор; ПСК — параболацилиндрический концентратор; К — конденсатор; ЖТ — жидкое альтернативное топливо; Г — газгольдер.
В процессе проектирования пиролизных установок ключевое значение имеет расчет теплового баланса биореак­тора в целях определения расход тепловой энергии на переработки биомассы. Для термической переработки биомассы в реакторе требуется определенный расход тепловой энергии. Тепловая энергия подведенная поддерживает темпера­турный режим переработки биомассы. Для оценки энергоемкости переработки биомассы необходимо исследовать теп ловой баланс реактора. На основе математического моделирования теплового баланса реактора решаются важные за­дачи энергосбережения и оптимизации реакторов биоэнергетических установок.
При работе биореактора часть тепло выделяемого при сжигании топлива, безвозвратно теряется в окружающей среде. Соотношения между полным поступлением тепла в биореактор, полезно использованным теплом в нем и тепло­выми потерями выражаются тепловым балансом реактора.
Уравнение теплового баланса для трубчатой (цилиндрической формы) биореактора имеет следующий вид:





Рис.2.2.2 .




Рис.2.2.3 Эксергетическая диаграмма .

Таблица 2.2.1. Эксергетический баланс биореактора пиролизной установки

Подвод эксергии			Отвод эксергии
Параметр	КДж/кг.	%	Параметр	КДж/кг.	%
Эксергия ис­ходного топ-	20800	100	Потери эксергии продуктами сгорания, „ Потери эксергии в окружающую среду,	5920 504	28.5 2.5
лива Евх - Ет				2576	12
			3. Потери эксергии вследствие необратимости
			процесса горения, 4. Полезно использованная эксергия, ЕВХ= Ет	11800	57
	20800	100		20800	100

Тепловые потери в биореакторе определяются разностью между температурой перерабатываемой биомассы и наружной температурой поверхностей реактора, площадью поверхностей контакта биомассы и наружного воздуха, коэффициентом теплопроводности материала стенки реактора, коэффициентом теплоотдачи поверхности контакта между средами, толщиной слоев стенок.

Количество теплоты, теряемой биомассы в результате теплоотдачи через стенку реактора в окружающую среду, кДж

Пользуясь выражением (13), можно рассчитать потери теплоты теплоотдачей любым элементом поверхности ре­актора. Следовательно, общая потребность в теплоте для установки определяется главным образом затратами на по­догрев биомассы до температуры пиролиза. Потребность в теплоте для компенсации потерь, вызванных теплоотдачей, можно снизить, применив соответствующую теплоизоляцию.
Источником теплоты для пиролизной установки служить собственный биогаз (пиролизный газ). Для экономии энергии и биогаза нужно стремиться к тому, чтобы экскременты животных по пути к реактору меньше охлаждались (для этого путь должен быть короче, а еще лучше, если реактор находится внутри животноводческой фермы), а трубопроводы были хорошо теплоизолированы. Для покрытия тепловых потребностей пиролизных установок можно использовать энергию солнца с применением параболацилиндрических концентраторов.
Упрощенный расчет теплового баланса биореактора с различной загрузкой массой биомассы (навоз) производим по следующей последовательности.

Таблица 2.2.2 Расчет теплового баланса реактора.