Применение солнечных концентраторов для приема альтернативного топлива через устройство гелиопиролиза

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены вопросы обеспечения температурного режима в реакторе пиролизной установки и экономии тепловой энергии на частные нужды, а также анализ теплотехнических показателей установки. В результате применения солнечного концентратора к пиролизному устройству данного типа можно получить температуру 300-500 ℃. Это позволяет сократить частные затраты энергии на процесс пиролиза до 30%.

ABSTRACT

The article analyzes the thermal performance of the pyrolysis unit, ensuring the temperature regime in the reactor and saving heat energy consumed for the specific needs of the device. The application of a solar concentrator to this type of pyrolysis device can achieve a temperature of 300-500 ℃. 

Ключевые слова: гелиопиролиз, концентратор, пиролизный реактор, биомасса, альтернативное топливо, температура, время.

Keywords: heliopyrolysis, concentrator, pyrolysis reactor, biomass, solar radiation, alternative fuel, temperature, time.

Пиролиз - это метод производства газообразных, жидких и твердых углеводородных продуктов путем преобразования органических отходов и биомассы в пар и газ, путем их нагрева в безвоздушной среде и охлаждения. Одним из методов термической и химической обработки биомассы является метод пиролиза, при котором из органических отходов получают жидкое, газообразное и твердое альтернативное топливо за 3-3,5 часа за более короткое время, чем метод пиролиза. Пиролизные устройства могут одновременно генерировать три различных альтернативных топлива и тепловую энергию (горячую воду) и электричество. Эти устройства резко снижают количество «парниковых» газов, выбрасываемых в окружающую среду.

Процесс пиролиза биомассы - это высокотемпературный термохимический процесс со средним температурным режимом 500 ÷ 700 ℃. Обеспечение температурного режима в реакторе пиролизного устройства и экономия тепловой энергии, расходуемой на конкретные нужды устройства, является актуальной задачей. Экспериментально изучен процесс получения альтернативных видов топлива путем гелиопиролизной обработки местной биомассы (экскременты крупного рогатого скота, растительные отходы). Принципиальная схема пиролизного устройства солнечного концентратора представлена ​​на рисунке-1.

Исследования показывают, что солнечная энергия и энергия биомассы являются основными видами возобновляемых источников энергии, и в этом исследовании был предложен метод использования концентрированной энергии солнечного излучения в процессе пиролиза биомассы, то есть метод гелиопиролиза.

Разработан экспериментальный вариант пиролизного устройства солнечного концентратора для проведения пиролиза растительной биомассы на основе  солнечных устройств (рисунок 2).

Предлагаемая экспериментальная установка может обеспечить необходимую температуру 300-500 ^oC для процесса пиролиза с использованием солнечного концентратора. Это экономит энергию, необходимую для образования процесса пиролиза.

Эксперимент с солнечным концентратором состоит из реактора пиролизной установки (1), конденсатора (2), сепараторов (3), газгольдера (4) и параболического солнечного концентратора (7).

Рисунок 2. Схема экспериментального пиролизного устройства с солнечным концентратором

1-пиролизный реактор; 2- конденсатор; 3- сепаратор; 4- газгольдер; 5-ОРРГ (оборудование для расчета расхода газа); 6-манометр; 7-параболический солнечный концентратор.

На экспериментальной установке исследовали локальный гелиопиролиз биомассы, предварительные результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Предварительные результаты

Экспериментальные исследования показывают, что процесс пиролиза в вечернем и зимнем режимах осуществляется путем сжигания 20-30% пиролизного газа в температурном режиме. В течение дня термическая обработка биомассы с использованием солнечного концентратора, то есть гелиопиролиз, позволяет экономить тепловую энергию для особых нужд в реакторе. Анализ результатов в таблице 2 показывает, что экспериментальные и экспериментальные результаты очень близки, с ошибкой около 1,7 ÷ 4,2 %. Следовательно, этот метод может быть использован для расчета и исследования процессов пиролиза биомассы.

Тепло, выделяющееся из биомассы в реакторе Q_б [Вт], определяется по следующему уравнению:

      [Вт]                                        (5)

Температура всех точек внутри реактора считается одинаковой. Это касается только среднетемпературных и малогабаритных реакторов для солнечных установок. Если разница температур между стенкой реактора и частицами биомассы мала, приток тепла  [Вт] определяется по следующей формуле:

      [Вт]                                            (6)

Тепло, передаваемое гелиопиролизу для выработки необходимого тепла и преобразования его в альтернативное топливо за счет энтальпии биомассы, определяется следующим образом:

   [Вт]                                                    (7)

Энтальпия биомассы гелиопиролиза зависит от температуры реактора, изменений химического состава процесса пиролиза, исходных термодинамических параметров и изменений температуры [1,2,3,4].

Использование солнечного концентратора в установке пиролиза позволяет, во-первых, создать высокотемпературный режим 500÷700 ℃, а во-вторых, снизить удельные энергозатраты в процессе пиролиза до 30%. Эксперименты показывают, что параболоцилиндрический концентратор солнечного света с апертурой 5 м² позволяет получить 4 кВт тепла при энергии падающего в условиях Карши солнечного излучения . Таким образом, создание установки пиролиза солнечного концентратора, исследования и разработка и внедрение научно-технических решений по гелиопиролизу биомассы является перспективным направлением в альтернативной энергетике.

Список литературы:

1. Узаков Г.Н., Раббимов Р.Т., Давланов Х., Узакова Ю. “Применение  технологии пиролиза биомассы для получения альтернативного  топлива”   Т.:  Ўз.РФА “ФАН”  нашриёти., 2015. – 120 бет.
2. Ш.Б. Имомов, Х.А. Алимардонов Heat mode solar heating systems based on flat reflectors, sets on the north side of the building. Молодой ученый, 2015, 335-336 ст.
3. Uzakov, G.N. Technical and economic calculation of combined heating and cooling systems vegetable store-solar greenhouse. Applied Solar Energy (English translation of Geliotekhnika), 2012, 48(1), РР.  60–61.
4. Khuzhakulov, S.M., Uzakov, G.N., Vardiyashvili, A.B. Effectiveness of solar heating systems for the regeneration of adsorbents in recessed fruit and vegetable storages. Applied Solar Energy (English translation of Geliotekhnika), 2013, 49(4), стр. 257–260