4. Аналітичне встановлення параметрів камери газоутворення

Розробка конструкції камери газоутворення газогенератора для виробництва газу, з встановленими технологічними параметрами, з соломи, для забезпечення енергопотреб сушарок, потребує узгодження геометричних параметрів даної камери з технологічними параметрами процесу конвективного сушіння зернових та іншої сільськогосподарської продукції.

Основними вихідними даними для розробки конструкції камери газоутворення є: хімічний склад і вологість W^P соломи, з якої виробляється генераторний газ; склад і технологічні параметри генераторного газу; витрати генераторного газу зерносушаркою V_г.г; витрати газів дуття V_пов на процес газоутворення.

Аналіз технологічних режимів процесу конвективного сушіння зернових дозволив виявити ряд факторів, які необхідно враховувати при визначенні параметрів камери газоутворення, а саме: витрати і режими подачі сушильного агенту; початкове W₁ і кінцеве W₂ значення вологості зерна, об’єм V_зерна і масу М_зерна зерна в сушарці, фізико-механічні властивості зерна; тепломасообмінні параметри процесу сушіння; продуктивність П сушарки.

Виходячи з потреб забезпечення необхідної продуктивності газогенератора і сталих параметрів генераторного газу додатково слід врахувати: теплову напруженість камери газоутворення В; вагову напруженість газогенератора b_q ; годинні витрати G_п соломи.

З метою встановлення математичних залежностей між продуктивністю газогенератора і геометричними параметрами камери газоутворення, узгодженими з параметрами газоповітряного дуття і фізико-механічними властивостями сировини, з якої виробляється генераторний газ, створено геометричну модель камери газоутворення (рис. 3).

Для розробки геометричної моделі розв’язано задачу узагальнення широкого спектру конструктивних параметрів різних типів камер газоутворення з метою виявлення всіх можливих параметрів, за допомогою яких є можливим регулювання продуктивності газогенератора під час роботи.

Дана модель містить ряд узагальнень в порівняні з аналогами [8, 9, 18, 20], а саме врахування: способів подачі газів дуття (центральний, периферійний); просторової орієнтації фурм; конструктивних ускладнень елементів камери, що дозволяє більш повно описати відмінності існуючих камер газоутворення.

Рис. 3. Геометрична модель камери газоутворення газогенератора:

D_корп – діаметр корпусу газогенератора, м; D_б – діаметр бункера газогенератора, м; D_к – діаметр фурменого поясу камери, м; D_в.ф. – діаметр кола встановлення фурм в камері, м; d_пк – діаметр прямого конуса камери, м; d_ф – діаметр фурми, м; d_г – діаметр горловини камери, м; d_газ – діаметр патрубка відбирання генераторного газу, м; h_г – відстань від фурменого поясу до горловини, м; h_пк – висота прямого конусу камери, м; h_зк – висота зворотного конусу камери, м; h₀ – відстань від колосникової решітки до основи прямого конуса, м; h_ф – відстань від вісі фурменого поясу до основи зворотного конусу камери, м; h_б – висота бункера газогенератора, м; h_з – висота зольника газогенератора, м; Н_а.з. – висота активної зони камери, м; Н – відстань від фурменого поясу камери газоутворення до основи прямого конуса, м; R₁, R₂, R₃ – радіуси, м; ₁ – кут нахилу твірної перехідного конуса від бункера газогенератора до камери газоутворення; _{пр.ухил} – кут природного ухилу золи соломи-січки; ,  – граничні кути регулювання положення фурм в горизонтальному і вертикальному напрямках відповідно.

Задаючи кожному з параметрів елементів конструкції камери газоутворення (рис. 3) значень від 0 до  можна проаналізувати весь спектр змін цих параметрів і розрахувати її остаточну форму, виходячи із фізико-механічних властивостей сировини, з якої отримано генераторний газ. Наприклад, при h_пк=0 нижня конусна частина камери відсутня, а при R₂, відповідна вигнута частина конструкції набуває прямолінійної форми. За умови d_пк=D_к=d_г камера набуде циліндричної форми, тощо.

Аналіз геометричної моделі камери газоутворення свідчить, що існують чіткі взаємозв’язки між окремими її елементами: форма і кут твірної конуса від D_б до D_к встановлюється виходячи з умови відсутності зависання палива в конусі; діаметр горловини d_г встановлюється виходячи з умови забезпечення температури, при якій найбільш повно буде протікати процес розкладання смол; кут конуса 2₁ повинен бути більшим за кут тертя-спокою сировини по металу з врахуванням критичних умов, наприклад при максимальному об’ємі завантаженого палива; діаметр фурменого поясу D_к і діаметр кола встановлення фурм D_вф вибираються з умов забезпечення теплової напруженості камери газоутворення В.

Зміна просторової орієнтації фурм дозволяє формувати зону горіння, змінювати її розташування в шарі паливного матеріалу, чим забезпечуються усунення зон, в яких процес газоутворення не протікає, та необхідна температура в активній зоні.

Використання геометричної моделі камери (рис. 3) дозволяють встановити математичні залежності для визначення геометричних параметрів камери газоутворення, що забезпечить виробництво генераторного газу з будь-якої рослинної сировини. Для здійснення дослідження встановлено граничні значення констант (табл. 4).

Діаметр кола встановлення фурм з врахуванням даних таблиці 4:

, (3)

де (16,261 – 0,1876·W^P)=Q_н^р – нижча теплота згоряння соломи, МДж/кг. К₁, К₂ і К₃ є сталими параметрами, залежним параметром є D_вф, що залежить від нижчої теплоти згоряння соломи Q_н^р.

Таблиця 4

Граничні значення параметрів

Константа	Позна-чення	Одиниці вимірю- вання	Значення константи
			Мінімальне (min)	Максимальне (max)
Нижча теплота згоряння сухої маси соломи		МДж/кг	9,0 (2154 ккал)	13,8 (3296 ккал)
Коефіцієнт, що залежить від вмісту СО, СО2, СН4 в газі	К1	%/м3	17,62	19,4
Коефіцієнт, що виражає кількість С, з загальної його кількості в соломі, що переходить в газ з врахуванням усіх втрат	К2	%/кг	24,8	38,7
Вагова напруженість газогенератора	bq	кг/(м2·год)	400	600

Отримана регулювальна характеристика дозволяє налаштовувати камеру газоутворення на інший вид палива із змінним значенням параметру Q_н^р, або забезпечувати стабільну якість газу при зміні вологості сировини.

В диференціальній формі залежність (3) матиме наступний вигляд:

. (4)

Згідно (4) D_вф набуває максимального значення при , , . Результати (рис. 3) свідчать, що діапазон значень ABCD є результатом накладання двох областей значень, одна з яких обмежена кривими 1 і 2 та відповідає області залежності параметру П_Vгг від параметру D_вф для пелет із соломи, інша – обмежена кривими 3 і 4 – для соломи-січки.

Рис. 4. Обґрунтування діапазону зміни діаметра кола встановлення фурм D_вф при зміні продуктивності газогенератора П_Vг.г

Можна зробити висновок, що саме в спільній для пелет і соломи-січки області значень можливе створення газогенератора, який вироблятиме генераторний газ з обох розглянутих видів палива. При чому, задаючись діапазоном П_Vгг в межах від 60 м³/год до 68 м³/год, можна встановити найменше значення параметру D_вф, що відповідає точці D (рис. 4), D_вф^min=272 мм, а найбільше значення параметру D_вф, що відповідає точці B: D_вф^mах=340 мм.

Отже, діаметр фурменого пояса D_к=D_вф^mах=340 мм, а діапазон осьового переміщення однієї фурми становитиме =(340 – 272)/2=34 мм.