Preview

Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ

Расширенный поиск

Экспериментальное и расчетное исследования пиролиза биомассы в цилиндрическом реакторе

https://doi.org/10.21122/1029-7448-2021-64-1-51-64

Полный текст:

Аннотация

В статье представлено экспериментальное исследование пиролиза термически тонких частиц биомассы (березовая щепа 17´8´6 мм) в лабораторном аппарате периодического действия. Реактор установки имеет вид стального цилиндра с внутренним диаметром 200 мм и высотой 500 мм. Во время эксперимента температура наружной боковой поверхности аппарата поддерживалась постоянной (550 °C) за счет электрического нагрева. Масса начальной загрузки составляла около 4 кг при влагосодержании материала порядка 14 % по массе. В процессе эксперимента фиксировались значения температур материала в двух точках радиальной координаты: у стенки аппарата и на его оси. Предложена и верифицирована одномерная численная модель нестационарного процесса конверсии биомассы (тепломассообмена, совмещенного с реакционной моделью Аврами – Ерофеева). Реактор представлен как набор из счетного числа цилиндрических слоев, рассматриваемых как ячейки (представительные мезообъемы) с идеальным перемешиванием свойств внутри. Цилиндрические поверхности, образующие ячейки, считаются изотермическими. Размер ячеек выбран достаточно большим по сравнению с отдельными частицами слоя, что позволяет считать температурное поле внутри объема ячейки монотонным. Эволюция распределения температуры по радиусу цилиндрического реактора определяется на основе разностной аппроксимации процесса нестационарной теплопроводности. Расчетные прогнозы и экспериментальные данные показали хорошее соответствие, что свидетельствует об адекватности разработанной математической модели и позволяет рекомендовать ее для проведения инженерных расчетов пиролиза биомассы. Данная модель может оказаться полезной и в отношении углубления понимания основных физических и химических процессов, протекающих в условиях пиролиза биомассы

Об авторах

А. B. Митрофанов
Ивановский государственный энергетический университет
Россия
г. Иваново


В. Е. Мизонов
Ивановский государственный энергетический университет
Россия
г. Иваново


С. В. Василевич
Белорусская государственная академия авиации
Беларусь

Адрес для переписки: Василевич Сергей  Владимирович  – Белорусская государственная академия авиации, ул. Уборевича, 77, 220096, г. Минск, Республика Беларусь.  Тел.: +375 17 272-98-22     svasilevich@yandex.ru



М. В. Малько
Институт энергетики НАН Беларуси
Беларусь
 г. Минск


Список литературы

1. Корсак, Е. П. Формирование системы угроз энергетической безопасности Республики Беларусь / Е. П. Корсак // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2019. Т. 62, № 4. C. 388–398. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-4-388-398.

2. Фортов, В. Е. Состояние развития возобновляемых источников энергии в мире и в России / В. Е. Фортов, О. С. Попель // Теплоэнергетика. 2014. № 6. С. 4–13.

3. Лосюк, Ю. А. Некоторые аспекты термохимической конверсии торфа / Ю. А. Лосюк, С. В. Жибрик, С. В. Корчиненко // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2008. № 5. C. 60–66.

4. Малько, М. В. Кинетика пиролиза древесной биомассы в изотермических условиях / М. В. Малько, С. В. Василевич // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-тэхн. навук. 2019. Т. 64, № 3. С. 321–331. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2019-64-3-321-331

5. Василевич, С. В. Расчетное исследование выхода твердых продуктов пиролиза древесины при повышенном давлении / С. В. Василевич, М. В. Малько, Д. В. Дегтеров, А. Н. Асадчий // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2020. № 3. C. 253–263. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-3-253-263

6. Gidaspow, D. Multiphase Flow and Fluidization: Continuum and Kinetic Theory Descriptions / D. Gidaspow. San Diego: Academic Press, 1994. 467 p. https://doi.org/10.1016/C2009-0-21244-X

7. Hoef van der, M. A. Multiscale Modeling of Gas-Fluidized Beds / M. A. van der Hoef [et al.] // Advances in Chemical Engineering. 2006. Vol. 31. P. 65–149. https://doi.org/10.1016/s0065-2377(06)31002-2

8. Deen, N. G. Review of Discrete Particle Modeling of Fluidized Beds / N. G. Deen [et al.] // Chemical Engineering Science. 2007. Vol. 62, Iss. 1–2. P. 28–44. https://doi.org/10.1016/j. ces.2006.08.014

9. Добрего, К. В. Макрокинетические модели термического разложения доломита для расчета сорбционных систем газогенераторов / К. В. Добрего // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2015. № 5. С. 51–59.

10. Babkin, V. A. Turbulent Fluid Flows in a Circular Pipe and Plane Channel and Models of Mesoscale Turbulence / V. A. Babkin, V. N. Nikolaevskii // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2011. Vol. 84, No. 2. P. 430–439. https://doi.org/10.1007/s10891-011-0489-5

11. Ge, W. Meso-scale Oriented Simulation Towards Virtual Process Engineering (VPE) – The EMMS Paradigm / W. Ge, W. Wang, N. Yang // Chemical Engineering Science. 2011. Vol. 66. Iss. 19. P. 4426–4458. https://doi.org/10.1016/j.ces.2011.05.029.

12. Dai, Q. Influence of Meso-scale Structures on Drag in Gas-solid Fluidized Beds / Q. Dai, C. Chen, H. Qi // Powder Technology. 2016. Vol. 288. P. 87–95. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2015.10.031.

13. Mitrofanov, A. Application of the Theory of Markov Chains to Theoretical Study of Processes in a Circulating Fluidized Bed / A. Mitrofanov [et al.] // Particulate Science and Technology. 2019. Vol. 37. No. 8. P. 1028–1033. https://doi.org/10.1080/02726351.2018.1525459

14. Mitrofanov, A. V. Theoretical and Experimental Study of Particulate Solids Drying in Circulating Fluidized Bed / A. Mitrofanov [et al.] // JP Journal of Heat and Mass Transfer. 2019. Vol. 18. No. 2. P. 267–276. https://doi.org/10.17654/hm018020267

15. Zhukov, V. P. Simulation of Combined Heterogeneous Processes Based on Discrete Models of the Boltzmann Equation / V. P. Zhukov, A. N. Belyakov // Theor. Found. Chem. Eng. 2017. Vol. 51. P. 88–93. https://doi.org/10.1134/s0040579517010158

16. Pozzobon, V. Radiative Pyrolysis of Wet Wood under Intermediate Heat Flux: Experiments and Modelling / V. Pozzobon [et al.] // Fuel Processing Technology. 2014. Vol. 128. P. 319–330. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2014.07.007

17. Bryden, K. M. Modeling the Combined Impact of Moisture and Char Shrinkage on the Pyrolysis of a Biomass Particle / K. M. Bryden, M. J. Hagge // Fuel. 2003. 82. P. 1633–1644. https://doi.org/10.1016/s0016-2361(03)00108-x

18. Lu, H. Comprehensive Study of Biomass Particle Combustion / H. Lu // Energy and Fuels. 2008. Vol. 22. P. 2826–2839. https://doi.org/10.1021/ef800006z

19. Fatehi, H. A Comprehensive Mathematical Model for Biomass Combustion / H. Fatehi, X.S. Bai // Combustion Science and Technology. 2014. Vol. 186. P. 574–593. https://doi.org/10.1080/00102202.2014.883255

20. Mujumdar, A. S. Handbook of Industrial Drying / A. S. Mujumdar. 3rd ed. New York: CRC Press; Taylor & Francis Group, 2006. 1312 p. https://doi.org/10.1201/9781420017618

21. Исследование процесса получения древесного угля путем пиролиза под давлением / С. В. Василевич [и др.] // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-тэхн. навук. 2017. № 3. С. 64–71.


Для цитирования:


Митрофанов А.B., Мизонов В.Е., Василевич С.В., Малько М.В. Экспериментальное и расчетное исследования пиролиза биомассы в цилиндрическом реакторе. Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2021;64(1):51-64. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2021-64-1-51-64

For citation:


Mitrofanov A.V., Mizonov V.E., Vasilevich S.V., Malko M.V. Experiments and Computational Research of Biomass Pyrolysis in a Cylindrical Reactor. ENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations. 2021;64(1):51-64. (In Russ.) https://doi.org/10.21122/1029-7448-2021-64-1-51-64

Просмотров: 89


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1029-7448 (Print)
ISSN 2414-0341 (Online)