О требованиях к параметрам топливной щепы, используемой в теплоэнергетике

О требованиях к параметрам топливной щепы, используемой в теплоэнергетике

Древесным топливом называют горючий материал, который производится из малоценной и низкокачественной древесины, отходов рубок, включая пни, отходов рубок осветления и прореживания, кору, опилки, горбыль.

Древесное топливо подразделяется следующим образом:

  • первичное древесное сырье, произведенное на лесозаготовках;
  • вторичное  древесное сырье, произведенное из древесного сырья, которое ранее использовалось в других целях (рейки, ящичная тара, отходы от строительства). По способу производства и форме древесное топливо подразделяется на: необлагороженное и облагороженное.

К необлагороженному древесному топливу относятся: топливные дрова, топливную щепу, стружку, опилки, отходы после раскряжевки и лесопиления.

К облагороженному древесному топливу относятся: топливные брикеты, таблетки, гранулы, пелетты, древесный порошок.

Основные виды древесного топлива имеют следующие характеристики:

  • дробленые древесные отходы, производимые в соответствии с ТУ 13-539-85 (дрова, кора, хвоя, листья, которые дробятся валками или цепами на куски различной величины);
  • обдирное топливо, которое почти полностью состоит из дробленой коры;
  • топливная щепа, производимая в соответствии ТУ 13-735-83. Она представляет собой древесное топливо, полученное путем разрушения сырья с помощью ножеобразного инструмента. Состоит из элементов, имеющих  относительно чистую поверхность среза. Представлена размерами фракций, находящихся в пределах от 5 от 50 мм;
  • топливные опилки, представляющие побочный продукт распиловки лесоматериалов и имеют размер частиц от 1 до 5 мм;
  • топливные брикеты являются древесным топливом, полученным путем прессования мелкоизмельченного древесного сырья. Измельчение сырья достигается путем дробления, размола. После чего материал прессуется всего в специальных прессах в цилиндры или параллелограммы диаметром и длиной, превышающими 25 мм;
  • топливные таблетки производятся аналогично топливным брикетам и имеют преимущественно цилиндрическую форму с диаметром менее 25 мм, получаемую при помощи матричных прессов;
  • топливный порошок, получаемый путем сушки и размола древесного топлива. Поэтому его большая часть фракционного состава имеет размер меньше, чем 1 мм.     

Как правило, дробленые древесные отходы перед сжиганием проходят соответствующую подготовку, то есть их измельчение до получения массы с приблизительно одинаковыми размерами частиц, позволяющими успешно применить для их погрузки, разгрузки и транспортирования стандартные средства механизации процессов, а также обеспечивающими эффективное сжигание таких частиц простейшим слоевым способом.

Очень сложным является вопрос определения оптимальных размеров частиц, до которых надо измельчать дробленые, обдирные древесные отходы и топливную щепу перед их сжиганием.

В существующих топочных устройствах слоевого типа освоено сжигание древесного топлива различного гранулометрического состава, начиная с дров в виде метровых поленьев и кончая опилками с размером частиц не более 6 мм.

Но если обратиться к опыту сжигания горючих ископаемых, то сжигание каменных углей в современных мощных котельных установках осуществляется при измельчении кусков топлива в высокодисперсную угольную пыль. При этом угольная пыль сжигается при помощи горелок в простейших топочных устройствах, представляющих собой камеру, экранированную со всех сторон трубными решетками (экранами). 

Такой способ позволяет эффективно сжигать даже отходы каменного угля с весьма малой активностью, непригодные для сжигания слоевым способом. Пылеугольный способ сжигания твердого топлива дает возможность механизировать все процессы производства тепла при минимальном количестве обслуживающего персонала, предельно упростить и унифицировать топочные устройства.

Однако сжигание каменных углей в пылевидном состоянии целесообразно только в случае, если паропроизводительность котлов превышает 35 тонн в час. 

Данный факт обусловливается тем, что для применения пылеугольного сжигания необходимо построить дополнительную сложную систему пылеприготовления, что экономически целесообразно только для мощных котельных.

В котельных же лесозаготовительных и деревообрабатывающих предприятий применяются котлоагрегаты с паропроизводительностьюдо 20 тонн в час, поэтому топливоподготовка, предусматривающая сжигание всего древесного топлива в пылевидном состоянии экономически не оправдана. 

При этом следует иметь в виду, что приготовление высоко-дисперсной пыли из древесины задача более сложная, чем измельчение до такой же степени дисперсности каменных углей и антрацитов, отличающихся большей по сравнению с древесиной хрупкостью.

Таким образом, оптимальный размер частиц, до которого следует измельчать дрова и кусковые древесные отходы, нужно определять исходя из минимальных затрат энергии на измельчение древесины и обеспечения возможности полной механизации и автоматизации процессов топливоподачи, т.е. фракционный состав топливной щепы должен быть как можно меньше. 

Поэтому создание специальных машин для древесных отходов в топливную щепу с мелким размерами частиц в настоящее время встречает определенные трудности. В настоящее время для производства топливной щепы применяются стационарные и мобильные рубительные машины, разработанные для производства технологической щепы. 

Анализ геометрических параметровпроизводимой ими топливной щепы показал, что существующее в настоящее время рубительные машины, обладая значительной производительностью не изготавливают топливную щепу мелкой фракции. 

Исследование топливной щепы  полученной при помощи прямых ножей на дисковой рубительной установке показал, что образующий крутящий момент и центробежные силы на боковых кромках лезвий таких  режущих ножей приводит к образованию сколов, отщепов и неудовлетворительному измельчению мелких длинных веточек, так как сквозное отверстие в теле диска превышает длину лезвия ножа. 

В силу этого короткие грани отщипывают часть перерабатываемой древесины, а веточки не перерубаются из-за отсутствия жесткой опоры контрножей. Все это снижает полезный выход щепы нормальной фракции и увеличивает брак на 10…15%.  

Это обуславливается целым рядом причин, связанных как с разносортицей перерабатываемой древесины, большой сбежистостью веток, так и с особенностями технологического процесса рубки. В щепе присутствует большое количество ненужных фрагментов (коры, рогаток, сколов, отщепов, крупных фракций), что в конечном итоге снижает качество щепы.

При измельчении порубочных остатков (ветки, сучья) вследствие особенного строения происходит несколько видов рубки: 1этап резания: диаметр веток максимальный (Dв=max)- образование щепы стандартных размеров; 2 этап резания: диаметр веток уменьшатся (Dв<max) - происходит процесс переламывания; 3 этап резания: диаметр минимальный (Dв= min)- разрыв, отрыв мелких частей. 

При рубке прямым ножом отделение щепы происходит при прохождении 20-30 процентов пути резания (процесс скольжения), отсюда следует то, что 70 процентов пути  проходит вхолостую, т.к.проходит процесс подачи древесины после схода ножа и встречи с другим ножом. Именно поэтому снижается производительность установки потому, что работа резания используется не полностью. 

При неполном срезе толстой стружки, сколы, отщепы, длинные веточки уплотняют измельченную массу в кожухе диска с налипанием частиц на поверхности трубопровода, что приводит к экстремальной, аварийной ситуации в работе рубительной машины.

Анализ процесса резания в дисковой рубительной машине показал, что для повышения эффективности процесса измельчения порубочных остатков и получения более мелкой фракции щепы в дисковых рубительных машинах необходима разработка новой конструкции ножа, учитывающая особенности их рубки.

Профессор кафедры «Лесное хозяйство и лесомелиорация» в ФГБОУ ВО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова», д.т.н., доцент

Реклама

Возможно, вам это будет интересно