Дисертаційна робота присвячена актуальним питанням шляхів підвищення енергетичної ефективності спалювання в киплячому шарі одного з перспективних для теплового господарства України виду палива – деревних відходів.
Основною стратегічною задачею енергетичної промисловості України є забезпечення енергонезалежності держави шляхом скорочення споживання основного ресурсу країни – природного газу. До того ж ціна імпортованого газу неухильно зростає. Таким чином, стає очевидним необхідність пошуку альтернативних рішень.
Відновлювані джерела енергії – один з варіантів такого альтернативного рішення. Дуже перспективним є використання біомаси у якості енергоресурсу. Україна володіє значним потенціалом даного виду палива.
Використання біомаси, зокрема – деревних відходів, для теплопостачання допоможе розвантажити існуючі ТЕЦ і котельні. Очевидна неможливість повного переходу на подібний вид палива, тому що повністю покрити потреби держави в енергоресурсах не вдасться одними деревними відходами. Фактом є те що, біомаса не зайняла свою нішу в енергобалансі України. Так, наприклад лісопереробне виробництво може використовувати власні відходи деревини для опалювального котла.
Використання деревних відходів у якості палива дозволить зменшити споживання основного енергоресурсу країни – природного газу. В порівнянні з викопним паливом, деревні відходи мають низку недоліків, які ускладнюють їх застосування в енергетиці України. Деревне паливо досить різноманітне в своєму фракційному складі та інших характеристиках. Котли з топками киплячого шару найбільш пристосовані до спалювання низькосортних видів палива. Існують багато конструкцій топок киплячого шару. Однак відсутні дані щодо оптимальних режимних параметрів та конструктивних рішень топок для ефективного спалювання деревних відходів.
Існуючі методики розрахунків апаратів з киплячим шаром досить універсальні, проте не достатньо точні для полідисперсних та бінарних систем. Тому для визначення гідравлічних та теплообмінних параметрів і параметрів спалювання були застосовані експериментальні методи досліджень.
Розроблена експериментальна установка та методика проведення експерименту з визначення гідравлічних режимів псевдозрідження деревного палива в шарі інертного матеріалу. В якості заповнювача використовувався пісок. Були визначені критичні швидкості зрідження для різних видів деревного палива та оптимальний вміст деревного палива в шарі інертного матеріалу. Так вміст деревних відходів не повинен перевищувати 20-30%. Більші показники ускладнюють зрідження та призводять до збільшення виносу матеріалу з топки. Також досліджувались гідравлічні режими гранульованого палива. Завдяки більшій густині гранул можливе їх застосування без наповнювача, однак режим зрідження є нестабільним, тому рекомендується застосовувати інертний матеріал для стабілізації процесу зрідження. Отримані залежності від впливових параметрів. Збільшення вмісту деревних відходів в киплячому шарі призводить до погіршення якості киплячого шару, значно збільшується швидкість початку псевдозрідження. При малих швидкостях може спостерігатися поступове переміщення вниз крупних часток, однак збільшення швидкості зріджуваного агенту дозволяє усунути дану проблему. Підтримання вмісту деревного палива в киплячому шарі в границях від 20 до 30% дозволяє забезпечити стабільний стан роботи топкового пристрою.
Розроблена експериментальна установка і методика проведення експерименту з визначення теплообмінних параметрів і параметрів спалювання деревного палива в киплячому шарі. Були проведені експерименти з визначення коефіцієнту тепловіддачі від киплячого шару до зануреної в нього поверхні. Визначені максимальні коефіцієнти тепловіддачі для кожного виду деревних відходів (тирса, щепа, гранули). Експериментальні дані порівнювались з розрахунками. За низькотемпературного спалювання коефіцієнт тепловіддачі для деревних відходів складає 294…399 Вт/м2 оС. Визначені оптимальні швидкості зрідження, що забезпечують максимальний теплообмін в киплячому шарі. Максимальний коефіцієнт тепловіддачі для матеріалів великого розміру дещо нижче розрахункового. Це пояснюється тим, що зі збільшенням розміру часток однорідність псевдозрідження знижується, що в свою чергу погіршує якість теплообміну. За результатами обробки експериментальних даних було отримано рівняння регресії, яке описує залежність коефіцієнта тепловіддачі від швидкості зріджуваного повітря і діаметра частинок, а також рівняння, що описують залежність числа псевдозрідження від числа Архімеда. При малих розмірах частинок число псевдозрідження, що відповідає максимальному коефіцієнту тепловіддачі приймає значення 2-3. При цьому коефіцієнт тепловіддачі для малих частинок при W = 1 більший ніж для максимальних показників часток великих розмірів. Таким чином, необхідно відзначити, що при виборі шароутворюючого матеріалу важливу роль відіграє його розмір часток.
