Материал: Комплексные проблемы техносферной безопасности. материалы Международной научно-практической конференции. Колодяжный С.А., Небольсин В.А
промышленности.
Ограничимся описанием лишь основных энергопреобразующих узлов и элементов схемы. Шнековый пресс: основное назначение – формирование топливных брикетов на основе отходов лесопереработки (опилки, кора древесины, горбыль, сучья деревьев и кустарников) смешивают с отходами очистных сооружений мясокомбинатов (фузой), содержащие остатки жиров, белка, крови. Полученная масса формуется в топливные брикеты. Процесс производства топлива является одной из основных стадий технологии с завершенным циклом переработки отходов производства. Топливные брикеты, полученные по этой технологии, имеют следующие преимущества в сравнении с полученными брикетами из прессованных отходов:
─Имеют большую теплотворную способность;
─Не подвержены деструкции;
─Допускают хранение на открытом воздухе в интервале температур -50 +80 °С;
─Исключают возможность самовозгорания;
─Внешний вид образца (фото) приведен на рис. 2.
Рис. 2. Фото образца твердого топлива для газификации в генераторе обращенного типа (оригинальный)
Одним из основных элементов энергоустановки является генератор газа обращенного типа. Использование такого генератора позволяет не только повысить эффективность работы энергоустановки, но и значительно снизить выбросы в атмосферу углекислого газа за счет
его восстановления до CO в зоне фурменного пояса по схеме 
(топливо). Реализация этого процесса определяет достаточно высокий коэффициент полезного действия для тепловых машин (~40-45 % в зависимости от режима работы и вида топлива).
Газогенератор является одним из основных компонентов операционнотехнологической схемы процесса с завершенным циклом переработки отходов производства [3-5]. Поэтому основное внимание при разработке технологии было уделено именно этому компоненту технологической схемы. Согласно данным литературных источников [6] процессы газификации твердого топлива осуществляется по нижеприведенным схемам реакции:
C + O2 → CO2 + 284,3 кДж/моль |
(1) |
C + ½ O2 → CO + 109,4 кДж/моль |
(2) |
C + CO2 → 2CO – 172,5 кДж/моль |
(3) |
C +H2O → CO +H2 – 131,4 кДж/моль |
(4) |
CO + H2O → CO2 +H2 + 41,1 кДж/моль |
(5) |
C + 2Н2 → CН4 – 74,8кДж/моль |
(6) |
CО + 3Н2 → CН4 +H2O + 206,2кДж/моль |
(7) |
CО + Н2 → ´ CН4 +½ CO2 + 123,8кДж/моль |
(8) |
На рис. 3. Представлена камера газификации генератора обращенного типа однокамерного, работающего в условиях малого превышения внешнего давления относительно ка-
26
меры газификации. Как следует на рис. 3. камера газификации представляет собой теплофикационную систему, в которой тепловые потоки распределяются при показанной на рис. 3 конструкции с относительно малым градиентом температуры.
Однако при включени в состав газогенераторный системы преобразователей энергии пришлось разработать систему управления режимами регулирования интенсивности тепловых потоков. Поскольку основной задачей нашей работы является создание системы прямого преобразования тепловой энергии в электрическую энергию, то использование всех источников тепловой энергии энергетического комплекса позволит более радикально решить эту задачу.
Основным элементом преобразователя является теплогенератор, питание топливом которого осуществляется от газогенератора. Такая компоновка энергоблоков обеспечивает большую надежность и эффективность ее работы. На рис. 4 показано размещение отдельных агрегатов энергоустановки с целью обеспечения режима максимального сбережения.
Рис. 3. Камера газификации газогенератора обращенного типа (оригинальный)
Рис. 4. Общий вид газогенератора с пультом управления и автоматики. Состав основных элементов газогенераторного блока: 1– приемный бункер твердого топлива;
2 – питатель; 3 – газогенератор; 4 – распределительный щит питания и автоматики (оригинальный)
27
Такая компоновка позволит исключить из системы отопления циркуляционные насосы, так как циркуляция воды в радиаторах осуществляется за счет конвективного переноса. И как следствие – повышается надежность работы отопительной системы.
N lg 6
10
Рис. 5. Содержание металлов в земной коре (число Кларка) [7] (оригинальный)
Поскольку в разрабатываемой системе прямого преобразования тепловой энергии в электрическую предполагается использование различных методов: термоэмиссионного, термоэлектрического, термогальванического, то в такой совокупности вероятность тепловых потерь может быть сведена к минимуму, а коэффициент полезного действия значительно возрасти. Обратимость тепловых эффектов при термоэлектрическом методе преобразования дает возможность всесезонного использования тепловых генераторов. При этом использование модульной системы агрегации обеспечит возможность переформатирования в сжатые сроки. Энергоустановка любого типа в своем составе должна иметь элемент резервирования питания. Главное достоинство разрабатываемой энергоустановки состоит в том, что источникам энергии относятся к категории возобновляемых источников, а основные компоненты топлива – отходы производства. При этом их объемы имеют почти «неограниченный» ресурс. С позиций главного принципа природопользования необходимо произвести оценки ресурса содержания металлов в земной коре с одновременным анализом их свойств на предмет использования в качестве аккумуляторов энергии. На рис. 5 приведена номограмма содержания наиболее распространенных в земной коре металлов (индекс Кларка).
Особое положение алюминия определяет его приоритет в сравнении с другими металлами. В таблице приведены основные характеристики элементов группы IIIA, на основании которых можно сделать выводы о перспективности их использования в специальных технологиях. Вместе с тем по целому ряду вопросов свойства алюминия и его соединений, а также результаты экспериментальных исследований имеют неоднозначную оценку среди представителей различных научных школ. В частности, это касается механизма анодного растворения алюминия в растворе хлорида натрия. Существующее представление об активирующем действии хлорид ионов на растворении оксидной пленки из Al2O3, по меньшей мере, вызывает сомнение. Ведь электродный потенциал алюминиевого электрода относительно каломельного составляет -0,3 В при плотности тока 25 А/дм2. О какой адсорбции отрицательного иона
может идти речь, если поверхность алюминиевого электрода тоже заряжена отрицательно. С другой стороны некоторые исследователи отрицают наличие параллельно протекаю-
28
щего на аноде процесса окисления воды.
В отсутствие вышеприведенной реакции наличие химически активного атомарного кислорода необходимого для формирования окисной пленки на алюминии было бы невозможно. И в этом случае вероятность растворения алюминия по химическому механизму должна стать необратимым процессом.
Элементы подгруппы IIIA |
их основные характеристики и индекс использование в разных |
|||||||
|
|
|
|
технологических процессах [8] |
|
|
||
|
|
|
Бор |
Алюминий |
Галлий |
Индий |
Таллий |
|
Среднее |
содержание |
4 |
|
75700 |
19 |
0,25 |
0,45 |
|
в земной коре, г/т |
|
|
|
|
|
|
||
Потенциал ионизации |
800,2 |
1:577,5 (5,984) |
578,7 |
558,0 |
588,9 (6,10) |
|||
кДж/моль (эВ) |
(8,29) |
2:1816,7 (18.828) |
(6,00) |
(5,78) |
|
|||
Плотность, г/см³ |
2,34 |
2,6989 |
5,91 |
7,31 |
11,849 |
|||
Стандартные |
элек- |
- |
|
-1,66 В |
0 |
−0,34 В |
Tl←Tl+ |
|
тродные |
потенциалы |
|
|
|
|
|
−0,338 В |
|
из ряда напряжений |
|
|
|
|
|
Tl←Tl3+ |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
0,71 В |
Температура |
плавле- |
2 |
348 |
933,5 (660) |
302,93 |
429,7485 |
577 (304) |
|
ния, K (°C) |
|
(2 075) |
|
(29,8) |
(156,5985) |
|
||
Молярная |
|
теплоѐм- |
11,09 |
24,2 |
26,07 |
26,7 |
26,3 |
|
кость Дж/(K·моль) |
|
|
|
|
|
|
||
Твердость |
|
(шкала |
9,5 |
3 |
1,5 |
1 |
1 |
|
Мооса) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Опыт работы по анодной обработке алюминиевой фольги в технологии производства электролитических конденсаторов позволяет нам с полным основанием утверждать, что на аноде (фольге) наблюдается бурное газовыделение. Так что же кроме кислорода может выделиться на аноде? Один из возможных вариантов механизма разрушения и образования оксидного слоя на алюминии представлен на рис. 6.
Рис. 6. К механизму растворения и образования оксида на алюминии, а также образование комплексного гидратированного иона алюминия
(оригинальный)
Электрохимический процесс разложения воды согласно термохимическим законам
29
должен сопровождаться выделением теплоты за счет гидратации катиона водорода H+ при
образовании гидроксония 
, а также реакция молизации 2-х атомов кислорода. Однако наличие эффектов тепловыделения и теплопоглощения, проявление которых осуществляется на различных стадиях процесса, а также специфическое проявление эффекта Сорэ, определяющего скорость частиц во взаимосвязи с их молекулярной массой, дают основание заключить, что миграционные процессы при анодной обработке алюминия носят более сложный характер.
С другой стороны, специфика образования пор и главное характер их морфологии в зависимости от плотности тока позволили нам разработать математическую модель процесса формообразования в структурах металлов, склонных к переходу в пассивное состояние [9]. Весьма высокая теплоемкость алюминия оказывает определенное влияние на термокинетику электрохимических систем, что определяет динамику диффузионных потоков при анодном растворении алюминия.
Литература
1.Иванов В.Ф. Очистка городских сточных вод: пособие для инженеров, студентов, техников и санитарных врачей. Изд. 2-е допол. / В.Ф. Иванов. – Одесса: Издание Одесского отделения научно-технического управления (ОНТУ) ВСНХ УССР, 1929. – 512 с.
2.Шпильрайн Э.Э. Введение в водородную энергетику / Э.Э. Шпильрайн, С.П. Малышенко, Г.Г. Кулешов // под ред. В.А. Легасова. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 264 с.
3.Шалимов Ю.Н. Водород в системах традиционной и альтернативной энергетики / Ю.Н. Шалимов, О.И. Койфман, Е.И. Теруков и др. //Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология». – Саров: Изд-во «Научно-технический центр «ТАТА»», 2013. – № 5-1 (125). – С. 10-44.
4.Шалимов Ю.Н. Технологии получения биотоплива для установок газификации автономного типа с новым принципом обратной связи из отходов деревообработки, сельхозпроизводства и локальных очистных сооружений мясокомбинатов / Ю.Н. Шалимов, В.И. Кудряш, И.К. Шуклин и др. // Российский Инженер. – Воронеж: Изд-во «Захаров Петр Дмитриевич», 2017. – № 2 (7). – С. 13-19.
5.Руссу А.В. Использование метода функционального моделирования при исследовании работы газогенератора / А.В. Руссу // Современные методы прикладной математики, теории управления и компьютерных технологий: сб. тр. IX междунар. конф. «ПМТУКТ2016» /// под ред. И.Л. Батаронова, А.П. Жабко, В.В. Провоторова; Воронеж. гос. техн. ун-т., Моск. гос. ун-т., С.- Петербург. гос. ун-т., Воронеж. гос. ун-т., Пермск. гос. нац. исслед. ун-т, Пермск. нац. исслед. политех. ун-т. – Воронеж: Изд-во ООО «Научная книга», 2016. – 468 с.
–С. 289-293
6.Токарев Г.Г. Газогенераторные автомобили / Г.Г. Токарев. – М.: Изд-во «Машгиз», 1955. – 207 с.
7.Войткевич Г.В. Справочник по геохимии / Г.В. Войткевич, А.В. Кокин, А.Е. Мирошников, В.Г. Прохоров. – М.: Издание «Недра», 1990. – 480 с.
8.Справочник химика в 7 томах / под общей редакцией чл.-корр. АН СССР Б.П. Никольского. – 1962–1966 гг.
9.Шалимов Ю.Н. Влияние тепловых и электрических полей на электрохимические процессы при импульсном электролизе: дис.... д-ра техн. наук: 05.17.03. – Воронеж, 2006. – 354 с.
1Управление Федеральной службы по надзору в сфере природопользования (Росприроднадзора) по Воронежской области
2ООО «Георесурс», г. Воронеж
30