Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Системный анализ, управление и обработка информации

Диссертационная работа:

Глушков Владимир Александрович. Разработка и исследование автоматизированной установки пиролиза растительного сырья с целью повышения выхода топливного газа : Дис. ... канд. техн. наук : 05.13.01 Ижевск, 2006 113 с. РГБ ОД, 61:06-5/3496

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1. СПОСОБЫ ПЕРЕРАБОТКИ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ В
ЭНЕРГОНОСИТЕЛИ
...10

  1. Современные технологии получения энергоносителей из растительного сырья 10

  2. Обзор существующих технологий газификации и пиролиза 11

1.2.1. Технологии газификации 11

  1. Шахтная схема 12

  2. Барабанная схема 17

1.2.2. Технологии пиролиза 19

  1. Барабанная схема 19

  2. Шахтная схема 24

1.3. Сравнение параметров процессов газификации и пиролиза

растительного сырья .. 28

Выводы 29

ГЛАВА 2. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ И ПОВЫШЕНИЕ
ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ПИРОЛИЗА РАСТИТЕЛЬНОГО
СЫРЬЯ
30

2.1. Анализ возможности увеличения энергетических характеристик
пиролизного топливного газа и выбор направлений повышения
эффективности пиролитической переработки растительной массы 30

2.2. Разработка конструкции пиролизной установки с возвратом смол в
пиролизный реактор 35

  1. Разработка конструкции термореактора 36

  2. Выбор устройств выделения смол из парогазовой смеси и очистки топливного газа 41

Выводы

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ УСТАНОВКИ ПИРОЛИЗА РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ С ВОЗВРАТОМ ПИРОЛИЗНЫХ СМОЛ 53

3.1. Исследования экспериментальной установки 53

  1. Описание экспериментальной установки 53

  2. Техническое оснащение экспериментов 55

  3. Описание хода экспериментов 57

  4. Результаты проведения экспериментов 59

3.2. Разработка математической модели пиролизной установки 61

  1. Моделирование пиролизной установки в установившемся режиме..61

  2. Моделирование пиролизной установки в переходном режиме 62

, 3.3. Оценка корректности математической модели пиролизной установки71

Выводы..: 72

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ
АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ УСТАНОВКОЙ ПИРОЛИЗА
РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ..
74

  1. Постановка задачи управления 74

  2. Коррекция модели пиролизной установки ....77

  3. Синтез модели системы управления 81

  4. Компьютерное моделирование системы управления 82

  5. Оценка устойчивости системы управления 94

4.6. Оценка экономической эффективности применения системы

автоматического управления пиролизной установкой 96

Выводы 98

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 99

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 103

Введение к работе:

Постоянный рост себестоимости жизнедеятельности общества является одним из основных следствий непрерывного роста цен на энергоносители -неотъемлемой составляющей всей жизнедеятельности. Причины роста цен на энергоносители:

-Выработка существующих месторождений и усложнение процесса

добычи ([1 - 5]). -Разведка, разработка, обустройство новых месторождений и непрерывно удаляющаяся от жилых территорий прокладка нефте-, газопроводов

([6])--Все более сложные условия обустройства и эксплуатации новых

месторождений и магистралей ([6]). -Реновация элементов энергосистем. -Непрерывный рост населения и связанное с этим потребление энергии,

обустройство и эксплуатация сетей и увеличение потерь в сетях. -Непрерывный рост промышленного производства и связанное с этим

потребление энергии. -Непрерывный рост транспорта и связи.

-Непрерывный рост частоты и силы природных катаклизмов ([7]). -Возрастающие требования экологии ([8-13]). -Возрастающие риски террора.

Эти и другие причины определяют непрерывный рост себестоимости энергоресурсов.

По данным Мирового Энергетического Совета ([1],[2]), а также ряда других организаций и исследователей ([3],[4],[5]), сопоставление ежегодной добычи и потребления нефти и газа с их мировым запасом позволяет сделать вывод, что мировой запас нефти и газа будет израсходован еще до середины нашего века.

5 В связи с этими причинами возрастает проблема энергоэффективности существующих и разрабатываемых технологий энергогенерации и энергопотребления ([14-17]).

Существующие сегодня технологии энергогенерации: ветровой, волновой, приливной, солнечной, электрохимической, геотермальной не могут служить альтернативной заменой традиционным источникам энергии в связи с их низким КПД и неуниверсальностью применения.

АЭС опасны для жизнедеятельности, и запасы топлива для них ограничены, и будут израсходованы в 20-30-х годах текущего века. Предлагаемая добыча и транспортировка изотопа гелия-3 с Луны носит в основном гипотетический характер ([18],[19]).

Водородная энергетика, основанная на получении водорода электролизом воды на АЭС, при современном техническом уровне магистралей является взрывоопасной из-за малости размеров молекул водорода и его чрезвычайной текучести, имеет высокую себестоимость

получения, транспортировки, хранения. Кроме того, водород активно
связывает кислород воздуха, создавая атмосферу, непригодную для
жизнедеятельности человека ([18],[19],[20]). \

Таким образом, для получения энергии остаются апробированные источники, такие как уголь, запасы которого закончатся в следующем веке, вода (гидроэнергетика), которая не способна самостоятельно обеспечить необходимые мощности, и растительное сырье, возможности которого удовлетворять современные потребности в энергии исследованы слабо. Анализ проблемы обеспечения энергией показывает:

Постоянный рост цен на энергоносители с определённого момента может превысить возможность их оплаты, что приведет к ограничению и сворачиванию жизнедеятельности общества.

Времени для решения проблемы нахождения альтернативы нефти и газу остается около 40 лет.

Альтернативное решение должно базироваться не на уникальном исчерпаемом энергоресурсе, а на непрерывно возобновляющемся, например, растительном сырье.

В связи с этим проблема обеспечения энергией является актуальной.

Поэтому в последние годы во всем мире возрос интерес к возобновляемым источникам энергии ([21],[22],[23]).

Одним из направлений решения данной проблемы является исследование возможностей использования растительного сырья в качестве альтернативного источника энергии и повышение эффективности переработки растительного сырья в топливо ([24],[25],[26]).

Само по себе использование растительного сырья в качестве источника энергии известно давно (дрова). Однако, для промышленного использования такой способ получения энергии непригоден. Поэтому растительное сырье перерабатывают в топливный газ с помощью технологий, основанных на ферментации, сбраживании, гидрогенизации, газификации, пиролизе ([27],[28]). Из перечисленных технологий переработки растительного сырья максимальной эффективностью обладает процесс пиролиза.

В настоящее время исследования и разработки процессов и установок пиролиза растительного сырья проводятся во всем мире. Например, Министерством энергетики США утверждена государственная программа по переработке биомассы (U.S. Department of Energy's Biomass Program), которой занимается специальное подразделение - Национальный центр по биоэнергетике (National Bioenergy Center) на базе Национальной лаборатории по возобновляемым источникам энергии (National renewable energy laboratory). Подобной деятельностью занимаются такие организации, как «Biomass technology group» из Нидерландов, «Friends of the Earth» и из Великобритании, «Biomass energy foundation» из США и др. В России вопросами термической переработки древесины в середине XX века занимался коллектив исследователей под руководством Корякина В.И.. А в

7 настоящее время вопросами практической реализации установок пиролиза занимается производственная фирма «Синтур» из Екатеринбурга.

Однако, в широких масштабах процесс пиролиза растительного сырья для получения энергоносителей не используется. Причинами этого являются наличие большого количества остаточных продуктов реакций (до 75% от начальной массы сырья) и неэкономичность существующих технологий пиролиза растительного сырья.

Исходя из этого, целью работы является научное обоснование технических и технологических разработок, направленных на повышение эффективности переработки растительного сырья в топливный газ.

Отсюда вытекают задачи исследований:

  1. анализ традиционных способов и устройств получения энергоносителей из растительной массы и обоснование выбора установок пиролиза в качестве объекта исследований; .

  2. анализ традиционных схем и устройств пиролитической переработки растительного сырья в энергоносители для определения наиболее существенных факторов, влияющих на удельные затраты на выработку единицы объема энергоносителей (топливного газа) и на эффективность установок;

  3. научное обоснование схемы и элементов конструкции установки пиролиза растительного сырья, обеспечивающих повышение эффективности установки и снижение удельных затрат на выработку единицы объема топливного газа;

  4. определение зависимости объема выработки топливного газа от затрачиваемой энергии для разработанной установки пиролиза растительного сырья;

  1. разработка системы управления установкой пиролиза, обеспечивающей повышение эффективности, включающая:

5.1) разработку математической модели, отражающей динамические свойства установки пиролиза,

  1. определение стратегии управления и разработку структуры системы управления,

  2. определение параметров модели системы управления и проверку эффективности работы алгоритма управления с помощью имитационного моделирования.

Предполагается провести системный анализ существующих конструкторских решений установок пиролиза, разработать и создать конструкцию лабораторной установки, провести экспериментальные исследования и создать математическую модель установки для разработки системы управления и оптимизации ее работы путем имитационного моделирования.

В первой главе проведен анализ известных в мировой практике технологий переработки растительного сырья в энергоносители, в результате которого обосновано использование процесса пиролиза в качестве объекта исследований.

Во второй главе проведен системный анализ известных схем пиролиза, определены способы повышения эффективности процесса пиролиза растительного сырья и реализованы конструкторские решения, обеспечивающие увеличение выхода топливного газа за счет возврата пиролизных смол в термореактор.

В третьей главе на основе экспериментальных исследований созданной автором пиролизнои установки разработаны ее математические модели и проведена проверка их адекватности экспериментальным данным.

В четвертой главе разработана модель системы автоматического управления пиролизнои установкой, исследованы ее параметры и разработана методика синтеза системы управления.

Положения, выносимые на защиту:

основные конструкторско-технологические факторы, влияющие на удельные затраты на выработку единицы объема топливного газа и на эффективность установок пиролиза;

9 научно обоснованная схема и конструкции элементов установки пиролиза с повышенной эффективностью;

экспериментальные временные зависимости объема топливного газа от затрачиваемой энергии для разработанной установки пиролиза растительного сырья;

соотношения, связывающие объем топливного газа и количество затраченной энергии в установке пиролиза с повышенной эффективностью с массой загружаемого сырья;

математические модели, описывающие динамику работы установки пиролиза, основанные на экспериментальных данных;

закон управления пиролизной установкой на основе предложенного показателя эффективности расходования энергии на выработку единицы объема топливного газа;

математическая модель системы автоматического управления установкой пиролиза растительного сырья.

В заключение хотелось бы поблагодарить тех людей, без которых данная работа была бы невозможна,: моего папу, Глушкова Александра Ивановича, наставившего меня на данный путь и оказывавшего величайшую поддержку, моего научного руководителя Ушакова Петра Архиповича, кандидата технических наук, доцента, который направлял мои действия в нужное русло, ставил задачи и давал ценные рекомендации, доктора технических наук, профессора Алексеева Владимира Александровича, дававшего ценные методические советы и оказывавшего огромную помощь, кандидата физико-математических наук, профессора Демакова Юрия Павловича, оказавшего большую методическую помощь и поддержку, а также всех тех, кто тем или иным образом способствовал данной работе.

Подобные работы
Панов Василий Павлович
Разработка и исследование алгоритмов обмена информацией между оконечными установками пакетного и знакового типов
Караев Игорь Олегович
Разработка универсального программного комплекса формирования тарифов на природный газ региональной системы управления деятельностью газоснабжающих организаций
Зиявутдинов Суннатулла Махмудович
Исследование, разработка и практическое применение идентификации трудноформализуемых задач для повышения эффективности автоматизированных систем
Пантелеев Сергей Владимирович
Разработка, исследование и применение нейросетевых алгоритмов идентификации и управления динамическими системами
Халиков Амрилло Кадырович
Разработка, исследование и практическое применение алгоритмов описания объектов для их распознавания
Карапетян Геворк Карлосович
Разработка, исследование и практическая реализация алгоритмов обработки и анализа графических изображений
Ходжаев Абдукаххар
Разработка, исследование и практическое применение алгоритмов идентификации и управления для одного класса линейных систем с запаздыванием
Сальников Юрий Валентинович
Исследование и разработка методов повышения эффективности вычислительных процессов в интерактивных системах коллективного пользования
Шубин Николай Алексеевич
Исследование и разработка методов построения помехоустойчивых вычислительных процессов в микропроцессорных системах управления инерционными промышленными объектами
Толкачев Сергей Федорович
Исследование и разработка процедурного метода организации и управления вычислительными процессами в системах коллективного пользования

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net