Онучин Е. М. к.т.н., доцент кафедры

Эксплуатации машин и оборудования

Поволжского государственного технологического университета

г. Йошкар-Ола,

Анисимов П.Н. аспирант

Поволжского государственного технологического университета

г. Йошкар-Ола

Система теплоснабжения с каталитическим устройством

Теплоснабжение бытовых помещений контейнерного типа целесообразно осуществлять с помощью непосредственного нагрева внутреннего воздуха помещения, без использования промежуточного теплоносителя. Это обусловлено характером жестких внешних условий работы, таких как низкие температуры и удаленность от других объектов. В таких условиях оборудование должно быстро монтироваться и налаживаться и быть максимально надежным, ремонтопригодным и эффективным.

Эффективная утилизация низкопотенциальной теплоты отбираемой от холодильника двигателя Стирлинга возможна с помощью абсорбционного бромистолитиевого теплового насоса (АБТН). В качестве источника высокопотенциальной энергии в АБТН может использоваться либо теплота отработанных газов, либо теплота сгорания генераторного газа.

Стационарная когенерационная установка с АБТН предназначена для выработки электрической энергии и тепловой энергии в виде горячей сетевой воды и работает следующим образом:

Сырая (свежая) щепа сгружается в емкость – хранилище, где подсушивается с помощью теплоты дымовых газов. Сухая щепа из хранилища подается в газогенератор, в котором происходит её газификация. Полученный топливный газ направляется в камеру сгорания нагревателя двигателя Стирлинга. Горение генераторного газа каталитическое и происходит либо на поверхности катализатора, которым покрыты теплообменные трубки нагревателя двигателя Стирлинга либо в объеме кипящего слоя катализатора, внутри которого находятся теплообменные трубки нагревателя двигателя Стирлинга. Горячие дымовые газы сначала подогревают поступающий в камеру сгорания воздух, а затем направляются в сушилку щепы или хранилище щепы для её подсушки. Двигатель Стирлинга приводит в движение ротор электрогенератора. Отведение теплоты от холодильника двигателя Стирлинга происходит с помощью циркулирующей воды, которая служит источником низкопотенциальной теплоты для теплового насоса (АБТН). АБТН имеет испаритель, конденсатор и генератор (кипятильник).

Заготовку топливного сырья (щепы) для когенерационных установок, котельных, станции газификации, производства пиротоплива и так далее предлагается осуществлять на лесосеке с помощью мобильной технологической линии представленной на рис.1. Процессы измельчения порубочных остатков и стволовой древесины являются весьма энергозатратными. Предлагаются следующие способы повышения эффективности производства топливной щепы:

1) Использование для переработки древесины в щепу в условиях лесосеки мобильных технологических линий оснащённых энергетическим модулем, который использует в качестве основного источника топлива часть производимой продукции, т.е. топливную щепу. С помощью данного энергетического модуля должен осуществляться привод самоходного шасси, рубительной установки, электрогенератора и остальных вспомогательных механизмов посредством различных механических передач. Один из вариантов компоновки оборудования такой мобильной технологической линий представлен на рис.1:

Самоходный автономный комплекс для производства топливной щепы состоит из самоходного шасси 1, имеющего привод от силовой установки 7, на котором установлено всё технологическое борудование: манипулятор с захватом 3 и кабина 4, расположенные спереди самоходного шасси на поворотной платформе 2, оборудованная сушилкой для щепы рубительная машина 5, имеющая привод от силовой установки 7 и соединенная с газогенераторной установкой 8 и силовой установкой 7 с помощью воздуховодов, конвейер для отгрузки щепы 6, подающий готовую сухую щепу из оборудованной сушилкой для щепы рубительной машины 5 на отгрузку и в камеру загрузки газогенераторной установки 8.

Рис. 1- Схема самоходного автономного комплекса для производства топливной щепы с энергоснабжением на базе топливной щепы.

Самоходный автономный комплекс для производства топливной щепы работает следующим образом: оператор, находясь в кабине 4, установленной на поворотной платформе 2, управляет манипулятором с захватом 3, с помощью которого деревья подаются в оборудованную сушилкой для щепы рубительную машину 5, в которой древесина измельчается и высушивается. Приводом для рубительной машины 5 является силовая установка 7, выполненная в виде двигателя Стирлинга, имеющего нагреватель и холодильник. Полученная в оборудованной сушилкой для щепы рубительной машине 5 сухая щепа с помощью конвейера для отгрузки щепы 6 подается в щеповоз или контейнер. Периодически по мере необходимости конвейер для отгрузки щепы 6 переключается с отгрузки щепы на заполнение камеры загрузки газогенераторной установки 8, в которой производится генераторный газ и затем сжигается в камере сгорания этой же газогенераторной установки 8. Тепловая энергия, выделяющаяся в процессе горения генераторного газа в камере сгорания газогенераторной установки 8, используется для осуществления термического разложения древесного топлива, находящегося в камере загрузки и для подвода теплоты к нагревателю двигателя Стирлинга. Образовавшиеся после сжигания генераторного газа дымовые газы увлекаются потоком воздуха, предварительно подогретым в холодильнике двигателя Стирлинга; получившаяся смесь теплого воздуха и горячих дымовых газов подаётся в сушилку для щепы рубительной машины 5, где используется в качестве сушильного агента.

Полезный эффект при использовании части производимой продукции на собственные нужды технологической линии заключается в том, что исключаются дополнительные затраты, связанные с транспортировкой моторного топлива для периодической дозаправки. Расход топливной щепы на собственные нужды составляет порядка 1% от производительности линии.

2) Осуществление подсушки производимой топливной щепы непосредственно на лесосеке, с помощью теплоты горячих дымовых газов, образовывающихся при сжигании топлива в энергетическом модуле. Эффект от снижения влагосодержания топливной щепы – повышение её теплотворной способности, снижение удельной массы щепы и следовательно затрат на транспортировку, снижения риска разложения продукта при хранении. При снижении влажности древесины на 1% её теплотворная способность повышается в среднем на 50 ккал.

Рис. 2 - Схема материального баланса линии по производству щепы с автономным энергоснабжением на основе энергетического модуля.

Предлагаемые технические решения поясняются рис. 2, на котором в виде схемы изображен материальный баланс мобильной технологической линий с автономным энергообеспечением на базе древесного топлива. Энергетический модуль мобильной линии состоит из устройства сжигания щепы и двигателя Стирлинга. Устройство сжигания может быть выполнено в виде газогенераторной установки с каталитическим сжиганием вырабатываемого генераторного газа. Сушка щепы может осуществляться в накопительном контейнере, в который будут подаваться горячие дымовые газы.