Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследований 9
1.1. Общие сведения о топливной древесине 9
1.2. Классификация древесных отходов 11
1.3. Сравнение древесного топлива с энергоносителями 15
1.4. Топливные гранулы и брикеты 1 б
1.5. Использования древесного топлива за рубежом 25
1.6. История развития науки о горении 29
1.7. Отечественные способы обработки и сжигания опилок 30
1.8. Слоевой способ сжигания древесного топлива 32
1.9. Выводы, цель и задачи исследования 35
Глава 2. Основные параметры топливных гранул 37
2.1. Исходные предпосылки 37
2.2. Факторы, влияющие на процесс горения древесины 38
2.3. Стадийность процесса горения 44
2.4. Общее время горения древесных опилок и гранул 48
2.5. Коэффициент вариации данных наблюдений 49
2.6. Идентификация устойчивых законов 50
2.7. Модель динамики температуры горения опилок и гранул 51
2.8. Проверка адекватности модели 54
2.9. Выводы 56
Глава 3. Методика производственно-лабораторных экспериментов 57
3.1. Основные научно-методические положения 57
3.2. Образцы древесных опилок для сжигания 58
3.3. Прибор ОТМ для сжигания проб топлива 60
3.4. Методика экспериментов по сжиганию 61
3.5. Этапы горения образца в приборе ОТМ 62
3.6. Методика обработки результатов измерений 64
3.7. Выводы 68
Глава 4. Результаты производствешю-лабораторных экспериментов 69
4.1. Общие сведения 69
4.2. Показатели горения опилок и гранул 70
4.3. Влияние породного состава опилок 71
4.4. Влияние смеси пород 74
4.5. Влияние фракционного состава опилок 77
4.6. Влияние влажности опилок 81
4.7. Влияние коры на процесс горения опилок 87
4.8. Анализ параметров топливных гранул 89
4.9. Влияние коры на процесс горения топливных гранул 92
4.10. Сравнение гранул из различного древесного сырья 94
4.11. Сопоставление горения древесных опилок и гранул 95
4.12. Выводы 98
Глава 5. Технико-экономическое обоснование технологии подготовки опилок 101
5.1. Общие сведения 101
5.2. Оценка ресурсов древесных опилок 101
5.3. Методика прогноза ресурсов древесных опилок 103
5.4. Методика оценки объемов производства топливных гранул 107
5.5. Экологический эффект от древесных топливных гранул 109
5.6. Экономический эффект от древесных опилок и гранул 111
5.7. Перспективы производства гранул в Республике Марий Эл 114
5.8. Размещение заводов по производству топливных гранул 117
5.9. Процесс подготовки древесных опилок для производства топливных гранул 120
5.10.Экономическая эффективность внедряемой технологии под готовки опилок 124
5.11. Выводы 128
Основные выводы и рекомендации 130
Список использованной литературы 133
Приложения
- Классификация древесных отходов
- Факторы, влияющие на процесс горения древесины
- Образцы древесных опилок для сжигания
- Показатели горения опилок и гранул
Введение к работе
Актуальность темы. Использование отходов лесозаготовок и первичной переработки древесины является в стране недостаточным. В частности, на лесных предприятиях образуется много опилок. Одним из перспективных видов технологии является сбор, транспортировка, хранение, сепарация опилок и изготовление из них топливных гранул.
Ежегодно в России образуется более 45 млн. м3 древесных отходов, из них более 2286 тыс. м3 - опилки, пригодные для производства топливных гранул. Особенно актуально производство топливных гранул на предприятиях лесного комплекса в лесных регионах. К таким регионам относится и Республика Марий Эл (РМЭ).
В стране производство гранул составляет примерно 48% объемов образующихся опилок, а на территории Республики Марий Эл эта доля составляет всего 10%, поэтому изучение свойств опилок для развития производства топливных гранул является актуальным.
Для производства качественных гранул необходимо уделять особое внимание предварительной подготовке опилок: сбору, хранению, сортировке, измельчению и сушке. Лесопильные предприятия не могут подготовить опилки для производства топливных гранул, поэтому необходима разработка транспортно-технологического участка.
Современные технологии энергетического использования древесных отходов ориентированны на экологически чистое сжигание, поэтому требуется изучение динамики низкотемпературного режима горения проб древесных опилок и гранул. А для этого необходимо изучать влияние влажности, фракционного и породного состава опилок на процессы горения, прежде всего, на динамику температуры горения.
Цель диссертационной работы. Совершенствование технологии подготовки древесных опилок и обоснование состава топливных гранул на основе выявления закономерностей динамики температуры горения при сравнении проб опилок и гранул разной влажности, пород и фракционного состава применительно к условиям лесных предприятий Республики Марий Эл.
Результаты диссертации по паспорту специальности 05.21.01 относятся к областям научного исследования: п. 6 «Выбор технологий, оптимизация параметров процессов с учетом воздействия на смежные производственные процессы и окружающую среду» и п. 7 «Разработка технологий и систем машин, обеспечивающих комплексное использование древесного сырья и отходов в технологических и энергетических целях».
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
-
на основе обзора научно-технической и патентной литературы установить факторы, влияющие на состав гранул и параметры опилок;
-
разработать методику производственно-лабораторных экспериментов на приборе ОТМ для сжигания проб опилок и гранул;
-
провести эксперименты, выявить закономерности и оценить их адекватность влияния фракционного состава, влажности и породы опилок на состав топливных гранул;
-
выбрать и экономически обосновать комплекс машин и оборудования для сбора опилок от лесопиления, транспортировки, хранения и их сепарации;
-
сравнить составы древесных опилок и гранул и оценить экономическую эффективность внедрения новой технологии подготовки опилок;
-
распределить новые производства гранул по РМЭ и оценить экологическую эффективность подготовки опилок на лесных предприятиях;
-
разработать технические решения на уровне изобретений и внедрить методики расчета в производственный и учебный процесс.
Объекты исследования. Объектами исследования являются древесные опилки от лесопильных цехов, а также древесные топливные гранулы от предприятий лесного комплекса Республики Марий Эл.
Предмет исследования. Технологические операции сбора, транспортировки, хранения и сепарации древесных опилок и закономерности динамики температуры горения проб опилок и топливных гранул в зависимости от влажности, породы и фракционного состава опилок.
Методы исследования. В процессе исследования были применены методы анализа технологических операций и систем машин, испытания проб опилок и гранул сжиганием по ГОСТ 12.1.044-89, подготовка древесных опилок по ГОСТ 16483.0-89, влажность проб определяли по ГОСТ 16483.7-71. Для оценки ресурсов древесных опилок от лесопиления и размещения заводов по изготовлению топливных гранул использован нормативно-расчетный метод. Методы статистического моделирования, теории вероятностей и математической статистики
Научная новизна. Разработаны способы обоснования состава топливных гранул испытаниями древесных опилок по температуре сгорания (№ 2406079), воспламеняемости (№ 2416793) и горючести (патент № 2449272). Для обоснования высококачественных топливных гранул получены статистические модели динамики температуры горения древесных опилок и гранул разного состава. Установлены зависимости влияния влажности, фракционного и породного состава частиц опилок на свойства топливных гранул.
Положения, выносимые на защиту:
-
методика испытания на приборе ОТМ проб древесных опилок разной влажности, фракционного и породного состава (патенты 2406079, 2416793 и 2449272), отличающихся динамикой измерений;
-
результаты производственных испытаний и статистические модели для обоснования состава гранул разного сорта по породному и фракционному составу древесных опилок;
-
сравнение результатов испытаний, технико-экономическое обоснование комплекса машин и оборудования для подготовки древесных опилок, прогноз до 2018 г. ресурсов древесных опилок и схема размещения предприятий топливных гранул на территории РМЭ.
Достоверность выводов и результатов исследований. Научные положения и выводы, изложенные в работе, отражают физико-технологическую сущность горения опилок и гранул, базируются на законах теории горения и методах математической статистики. Достоверность выполненных исследований подтверждается: экспериментами с погрешностью до 5%; доверительной вероятностью не менее 80% у полученных закономерностей динамики температуры горения древесных опилок и гранул.
Практическая значимость работы. Разработаны способы испытаний древесных материалов по температуре сгорания и лесных горючих материалов на воспламеняемость и горючесть, защищенные патентами РФ. Определены доступные ресурсы древесных опилок, образующихся в Республике Марий Эл, которые сравнены с ресурсами опилок Российской Федерации и Приволжского федерального округа, составлен прогноз до 2018 г. ресурсов опилок и оценен их энергетический потенциал. Выявлен объем производства топливных гранул в РМЭ и составлена карта-схема размещения предприятий по их изготовлению. Разработана схема технологической линии подготовки древесных опилок для производства топливных гранул. Разработаны технические условия на древесные топливные гранулы.
Личное участие автора в получении результатов. Состоит в разработке методики и проведении экспериментов, обработке полученных результатов, анализе выявленных закономерностей и формулировке выводов. При участии автора разработаны способ испытаний древесных материалов по температуре сгорания по патенту № 2406079, способ испытаний лесных горючих материалов на воспламеняемость по патенту № 2416793, способ испытания древесных материалов на горючесть по патенту № 2449272. Автором проведены экономическая и эко-
логическая оценки разработанной технологии подготовки древесных опилок для производства топливных гранул, составлена схема размещения новых предприятий по производству топливных гранул, разработаны технические условия на древесные топливные гранулы.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на VIII международной научно-практической конференции «Научная мысль информационного века - 2012» (Польша, Пшемысль, 2012 г.); научно-технической конференции «Исследования. Технологии. Инновации» (Йошкар-Ола, 2011 г.); научно-технических конференциях МарГТУ «Наука в условиях современности» (Йошкар-Ола, 2007, 2009, 2011, 2012 гг.); всероссийской научной конференции с международным участием «Одиннадцатые Вавиловские чтения» (Москва - Йошкар-Ола, 2008 г.); международной молодежной научной конференции «XV Туполевские чтения» (Казань, 2007 г.); всероссийской научной студенческой конференции по естественнонаучным и техническим дисциплинам «Научному прогрессу - творчество молодых» (Йошкар-Ола, 2007 г.); республиканской научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Моя профессия - инженер» (Йошкар-Ола, 2007 г.). Серебряная медаль на XIV Московском международном Салоне изобретений и инновационных технологий «Архимед-2011».
Реализация результатов работы. Результаты исследований были внедрены на ООО «Русский Пеллет», Министерство лесного хозяйства РМЭ, ИП Яковлев, ГУ СЭУ ФПС ИПЛ по РМЭ, а также в учебный процесс студентов специальности 280101.65 «Безопасность жизнедеятельности в техносфере» и направления подготовки бакалавров 280700.62 «Техносферная безопасность».
Публикации. Основные результаты опубликованы в 16 работах объемом 5,05 п.л., авторский вклад 2,94 п.л., в т.ч. 4 статьи в научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ (2,01 п.л.), авторский вклад -60%, 3 патента на изобретения (5,51 п.л.), авторский вклад - 50%.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и рекомендаций, списка использованной литературы из 226 наименований, из них 26 на иностранном языке. Диссертация содержит 152 страницы машинописного текста, 68 иллюстраций, 33 таблицы, а также 9 приложений на 75 страницах.
Классификация древесных отходов
Применение современных технологий заготовки и производства лесной продукции приводит к накоплению большого количества отходов на лесосеках и территориях первичных деревообрабатывающих предприятий (рис. 1.3). Большая часть отходов остается невостребованной, ухудшая пожарную безопасность и экологическую обстановку в местах расположения предприятий. Постоянное недоиспользование расчетной лесосеки приводит к накоплению низкотоварных насаждений. Наряду с загрязнением водной, воздушной и наземной среды недоиспользование древесных ресурсов ведет к серьезным экономическим потерям, т.к. выбрасываемые отходы представляют собой ценное вторичное сырье для многих отраслей народного хозяйства.
Обобщенная схема образования и потенциального энергетического использования древесных отходов (жирным шрифтом выделены объекты исследования): 1 - производство топливной щепы; 2 - прямое сжигание как топлива; 3 - изготовление топливных гранул и брикетов; 4 - газификация древесины с получением генераторного газа и жидких топлив; 5 - производство древесного угля Количество образующихся отходов исчисляется в процентах от объема древесного сырья, использованного при производстве продукции. Оно зависит от вида производимой продукции, применяемой технологии, оборудования и квалификации работников.
При применяемых сегодня технологиях производства лесной продукции, отходы лесозаготовок составляют 20%, лесопиления - 35-55%, фанерного производства - до 60% от объема производимой продукции. На целлюлозно-бумажных комбинатах образуется 20% древесных отходов от объема поставляемого сырья, а при производстве мебели до 50%) от объема продукции [153].
В лесопилении образуется значительное количество древесных отходов. Несмотря на то, что процесс распиловки усовершенствовался в последние годы, из плотного кубометра деловой древесины получается лишь 50% пиловочника, в то время как щепа составляет 35%, опилки 9% и 6% - прочие отходы. Кора дополнительно дает еще 10% объема бревна [80]. Самые крупные опилки дают лесопильные рамы с толщиной пил до 2,5 мм, самые мелкие -ленточнопильные станки с толщиной пил до 1,2 мм [27].
Сухая щепа, получаемая при распиловке дерева, имеет влажность не более 20%), зольность 1-2%. Опилки, получаемые при распиловке, имеют влажность около 50%, зольность меньше 1% [80]. В столярно-мебельном производстве большое количество опилок образуется на участке продольного раскроя пиломатериалов. Эти опилки имеют низкую влажностью 10-12%) [27].
Древесное топливо из отходов лесопильного производства применяется в виде древесной щепы, опилок, измельченной коры, а также в виде облагороженного топлива - гранул и брикетов.
В деревообработке помимо кусковых (твердых) отходов образуется значительное количество мягких отходов, к которым относятся станочная стружка и опилки. Много стружки образуется при производстве строганой доски. Влажность ее 15-20%, а зольность меньше 1%. Долгое время, по причине общего спада экономики страны, опилки и станочная стружка практически не использовались и в основном направлялись в отвалы. В лесозаготовке сырьем для получения топлива служат лесосечные отходы, тонкомерная и низкокачественная древесина, пни. Отходы лесозаготовок обладают невысокими энергетическими качествами, по сравнению с древесными отходами других производств. Среднюю влажность древесины пригодной для энергетического использования можно считать равной влажности свежесрубленной древесины 55%. Трудности применения отходов лесозаготовок возникают из-за отсутствия эффективных технологических операций от сбора отходов на лесосеке до их сжигания. Таким образом, в лесах России теряется порядка 100 млн. м3 древесной биомассы, которая могла бы служить сырьем для производства щепы, гранул и брикетов. С другой стороны существуют передвижные рубильные машины и использование отходов от самых близких участков заготовки леса возможно уже сейчас. Крупные предприятия уже утилизируют большинство своих отходов, но мелкие заводы имеют их излишек.
Лесосечные отходы, тонкомерная и низкокачественная древесина, пни рассматриваются в развитых лесных странах, например в Финляндии [31], как сырье для производства топливной щепы, благодаря программам по развитию возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Топливная щепа из леса характеризуется малым энергосодержанием и высокой стоимостью производства. Щепа из лесосечные отходов является основным резервом для роста объемов топливной древесины.
Факторы, влияющие на процесс горения древесины
Выбор способа сжигания древесного топлива определяется его физико-химическими свойствами: зольностью, влажностью, теплотой сгорания. Наиболее важными этапами подготовки к сжиганию являются увеличение однородности фракционного состава топлива, в частности древесных опилок, снижение его рабочей влажности и зольности. Этим достигается повышение температуры горения, а также экономическая эффективность сжигания. Для ускорения процесса сушки и достижения требуемой скорости реакции в процессе тепловой обработки древесные отходы должны быть измельчены с получением соответствующих размеров частиц.
Фракционный состав. Размер топлива является важной переменной характеристикой, влияющей на скорость и интенсивность горения. Горение крупных частиц топлива (например, топливных гранул) будет более продолжительным. Опил и стружка при попадании в пламя сгорают быстро и интенсивно. Чем мельче фракция топлива, тем лучше его контакт с воздухом, и тем быстрее и более полно происходит горение. Увеличение однородности топлива, степень которой повышается с уменьшением размеров частиц, позволяет управлять процессом горения. Процесс горения становится контролируемым, так как можно точнее регулировать количество подаваемого в топку топлива. Реактивная способность топлива также зависит от площади активной поверхности.
От того, в каком виде используют древесное топливо в котле, будет зависеть эффективность его горения, способ подачи и конечная стоимость вырабатываемой энергии. Плотность. Различные виды древесного топлива значительно отличаются по плотности топливного материала; также имеются различия между твердыми и мягкими породами древесины. Древесина твердых пород, например березы, имеет более высокую плотность, что влияет на отношение объема камеры к потребляемой энергии и характеристики горения топлива. Степень пористости топлива оказывает воздействие на характеристики реактив 39 ности (потерю массы в единицу времени) и, следовательно, на выход летучих веществ.
Влажность. Наличие свободной и связанной влаги в древесине оказывает существенное влияние на ее топливные свойства и выбор способа сжигания. Необработанный древесный топливный материал часто имеет разнородный фракционный состав и влажность. Содержание влаги в древесине изменяется в широких пределах - от 2 до 75% [33]. Это объясняется не только наличием связанной воды в пористой структуре, но и влиянием климатических условий, время года, места произрастания, породы дерева, а также способов хранения, транспортировки древесины и свойств части ствола, используемой в качестве топлива.
При подготовке топливной древесины к использованию воду из нее удаляют, с целью повышения качества топлива. Основной целью всех процессов повышения качества древесных отходов является превращение их в стабильное транспортабельное топливо, способное заменить ископаемые виды топлива без использования специального оборудования для погрузочно-разгрузочных работ.
Содержание влаги понижается в процессе естественного высыхания во время хранения на промежуточных складах, а также в цикле предварительной подготовки отходов к сжиганию. Однако сроки хранения древесных отходов должны быть ограничены для исключения процесса гниения.
Полностью удалить всю влагу из древесины, высушенной до абсолютно сухого состояния невозможно. Поэтому абсолютно сухая древесина всегда содержит небольшое количество прочно связанной влаги (около 0,3-0,5%) [2]. Абсолютно-сухая древесина (особенно опилки) легко сорбирует водяные пары, увлажняясь на воздухе до равновесной гигроскопической влажности 30% [194]. Таким образом, сорбирующие свойства древесных отходов зависят от их структуры, фракционного состава, а также начальной влажности.
Абсолютно сухая древесина при горении даёт намного больше воды, чем содержится в древесных отходах. Поэтому, влажность древесины, сильно влияющая на теплоту сгорания древесных отходов, на влажность дымовых газов влияет слабо. Так, переход с древесных отходов влажностью 10% на отходы влажностью 20% повышает влажность дымовых газов не в два раза, а на 15-20% [194].
Образцы древесных опилок для сжигания
Для экспериментов были отобраны топливные гранулы и наиболее распространенные породы опилок: сосна, липа, береза. Подготовка древесных опилок, перед экспериментом проводилась по ГОСТ 16483.0-89 [37]. Влажность проб определяли по ГОСТ 16483.7-71 [38] методом досушивания в сушильном шкафу при температуре воздуха 103±2С до постоянной массы. Зольность гранул определял по ИСО 1171-97 [35] методом сжигания пробы топлива в муфельной печи при температуре 550±10С до постоянной массы.
Аналогичным образом были проведены исследования процесса горения сосновых опилок различного фракционного состава: 1,1-2,2-4 и 4 мм. Исследование процесса горения сосновых опилок фракции 1-2 мм проводилось при различных значениях влажности в диапазоне от 6 до 27%. Исследование процесса горения опилок фракции 2-4 мм в зависимости от состава топлива проводилось на смесях различных пород (сосна, липа, береза) в соотношении 20:80, 40:60, 60:40, 80:20%. Для экспериментов также были отобраны пробы гранул из сосны, сосны и липы в соотношении 20:80 и 50:50, 90:10%, сосны с содержанием коры 5-10 и 15-20%, полученные на производствах Республики Марий Эл. Аналогично проведены исследования процесса горения опилок из сосны и липы в соотношении 50:50% и сосны с содержанием коры 5-10%, подготовленных для выпуска топливных гранул на производствах РМЭ. Общие параметры проб опилок и гранул приведены в приложении 2. Для испытания готовили по три образца каждого состава. Пробы опилок по 50 г и гранул по -100 г помещали в мешочки из стеклоткани толщиной 0,17 мм, сшитые металлическими скрепками (рис. 3.2). Взвешивание проводили на электронных лабораторных весах марки AJ-420CE (рис. 3.3) с погрешностью измерения ±0,001 г.
Температура окружающей среды, в которой находились образцы и экспериментальная установка 19-25 С, относительная влажность воздуха 20-40%. Эксперименты по изучению процессов горения древесных опилок и гранул проводили на приборе ОТМ для определения группы трудногорючих и горючих твердых веществ и материалов ГОСТ 12.1.044-89 [36] по нашему способу (патент № 2406079). Внешний вид лабораторной установки показан нарис. 3.5. Прибор ОТМ, схема которого представлена на рис. 3.4., состоит из керамической реакционной камеры 7 прямоугольной формы высотой (295±2) мм и имеющей в сечении квадрат со стороной (88±2) мм. Реакционная камера установлена на металлической подставке 4, снабженной поворотной заслонкой 6 для регулирования подачи воздуха в зону горения и поддоном 5 для сбора твердых продуктов горения. Прибор оснащен механизмом ввода образца 9 с держателями 10, фиксирующим положение образца в центре реакционной камеры, зонтом 3 с рукояткой, установленного соосно на верхнюю кромку реакционной камеры, газовой горелкой 8 внутренним диаметром (7,0±0,1) мм.
Испытания проводили в вытяжном шкафу 14, в свободном проеме которого скорость движения воздуха составляла не более 1,5 м-с"1. Для уменьшения потерь тепла через стенки прибора ОТМ, внутреннюю поверхность реакционной камеры перед испытанием покрывали пятью слоя 62 ми алюминиевой фольги марки ФГ ГОСТ 745-2003 [41], толщиной не более 0,2 мм. Фольгу по мере прогорания или загрязнения заменяли на новую, но не реже чем после сжигания каждых трех образцов.
Для прогрева реакционной камеры зажигали газовую горелку и регулировали ротаметром расход газа так, чтобы контролируемая в течение трех минут температура газообразных продуктов горения составляла 100±5С. Подачу воздуха, необходимого для процесса горения, регулировали с помощью поворотной заслонки. Температуру газообразных продуктов горения регистрировали хромель-алюмелевой термопарой ХА(К), соединенной с устройством контроля и регистрации ФЩЛ 501-11 с диапазоном измерения от 0 до 1300С. Рабочий спай термопары располагали в центре зонта на расстоянии 15 мм от его верхней кромки. Время горения образца фиксировали электронным секундомером JS-307 с погрешностью ±1 с ГОСТ 8.423-81 [42].
После прогрева образец 11, вертикально закрепленный в держателе 10 металлической проволокой, вводили в течение 3-5 с в реакционную камеру 7 и одновременно включали секундомер. Древесные опилки и гранулы воспламенялись под действием теплового потока пламени горелки 8. После воспламенения образца горелка отключалась. Время и температуру зажигания на диаграммной ленте устройства контроля и регистрации находили по характерному перегибу температурной кривой.
Испытания характеризовались устойчивым пламенным горением образца, продолжающимся после отключения горелки. Образец выдерживали в реакционной камере до полного остывания 20С, затем извлекали и взвешивали, определяя зольный остаток.
Показатели горения опилок и гранул
Достоинством моделирования в программной среде CurveExpert 1.38 является возможность определения коэффициента корреляции факторных связей. Коэффициент корреляции может изменяться от нуля до единицы. При условии г = 0 отсутствует коррелятивная связь между двумя параметрами (параметр - это показатель, характеризующий систему, а показатель - количественно измеренный фактор). Условие г = 1 дает функционально однозначную связь между параметрами процесса горения. Коэффициенты корреляции процесса горения древесных опилок и гранул отображены в виде гистограмм (рис. 4.2, 4.3). Большой интерес представляет изучение влияния коэффициентов корреляции влияющих факторов на зависимые факторы для древесных опилок и гранул и их дальнейшее сравнение.
Как видно из рисунка 4.2 на зольность образцов опилок сильное влияние оказывают содержание березы в образце, влажность и фракционный состав опилок. На максимальную температуру горения опилок сильное влияние оказывают влажность и фракционный состав опилок, среднее - содержание березы в образце. На время горения опилок сильное влияние оказывают влажность и фракционный состав опилок, среднее - содержание липы в образце. Следует отметить существенное влияние влажности и фракционного состава на процесс горения опилок. Породный состав не оказывает существенного влияния на процесс горения опилок (среднее и слабое положение по значимости), кроме влияния содержания твердых лиственных пород (березы) в образце на зольность.
На зольность гранул сильнейшее влияние оказывают - содержание коры, размеры гранул и выход летучих веществ, сильное - влажность, содержание сосны и липы в образце. На максимальную температуру горения сильное влияние оказывают содержание сосны и липы, размер и влажность гранул. На время горения гранул сильнейшее влияние оказывают содержание сосны, липы и влажность гранул, среднее - размер гранул.
Проведенный анализ показал отличие коэффициентов корреляции процесса горения древесных опилок и гранул. На процесс горения гранул существенное влияние оказывают влажность, размер частиц и породный состав. Поэтому при производстве топливных гранул важно применять качественное сырье и учитывать его породный состав.
Для оценки влияния породного состава были выбраны опилки хвойных (сосна) и лиственных пород (липа, береза) древесины фракционного состава 1—4 мм. На рисунке 4.4 представлены результаты испытаний образцов сосновых, липовых и березовых опилок с влажностью 3,8-5,5%.
Видно, что характер кривых температуры горения отличается у опилок разных пород. В начале испытания образец воспламеняется под действием теплового потока пламени горелки и температура резко возрастает, далее температура отходящих газов достигает своего максимального значения, затем происходит плавный спад температуры при догорании образца и его остывании до температуры реакционной камеры прибора ОТМ.
Выход летучих веществ из древесины начинается уже при температуре 105С, поэтому опилки быстро воспламеняются, ускоряя процесс роста температуры от газовой горелки. Этот этап растянут во времени из-за разнообразия летучих веществ, имеющих разные температуры воспламенения в пределах 105-230С [8].
После воспламенения горючих продуктов разложения материала температура горения скачкообразно растет. За время горения при температуре 550-650С, из-за снижения летучей горючей массы в образце, наступает максимум температуры горения /тах, который соответствует началу карбонизации поверхностного слоя (рис. 4.5). w C
Вид топлива оказывает влияние на температуру горения опилок. Быстрее воспламеняются и имеют максимальную температуру горения образцы березовых опилок (на 40-60С выше температуры горения сосновых и липовых опилок). Скорость горения образцов опилок разных пород Скорость горения опилок зависит от породы древесины. Сосновые опилки обладают меньшей плотностью и теплотворностью, по сравнению с березовыми, поэтому имеют меньшую скорость и температуру горения.
