DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.59419

Simulation of working processes in the pyrolysis plant for waste recycling

Ростислав Дмитрович Іскович-Лотоцький, Ярослав Володимирович Іванчук, Ярослав Петрович Веселовський

Abstract


The results of theoretical research of thermo-physical processes as key working processes in the pyrolysis plant for waste recycling by numerical simulation are given. On the basis of the three-dimensional model of the pyrolysis plant for waste recycling, developed in the CAD-system with the KOMPAS-3D V16 software, in the CAE-system with the FlowVision software, using the finite element method, the temperature distribution and other hydrodynamic parameters of working areas and surfaces of the combustion chamber and the afterburning chamber are determined, which showed the presence of complete combustion of toxic or little toxic gases of combustion products. The areas of high temperatures for further insulation are identified.

The temperature distribution of surfaces of the cooling chamber of the pyrolysis plant for waste recycling proved the conformity of parameters of the output combustion products with the regulations of thermal pollution of the environment.

The temperature distribution along the heat-exchange unit walls allowed to estimate the efficiency of the heat-exchange unit in the municipal heating system and determine the prospects for future improvement and modernization.

Keywords


simulation; finite elements; temperature; combustion; heat exchange; recycling; turbulence; waste; velocity vector

References


Iskovych–Lotoc'kyj, R. D., Ivanchuk, Ja. V., Povstenjuk, V. I., Veselovs'kyj, Ja. P. (2012). Pirolizna ustanovka utylizacii' medychnyh vidhodiv z dodatkovym ochyshhennjam atmosfernyh vykydiv. II Vseukrai'ns'ka mizhvuzivs'ka naukovo–tehnichna konferencija "Suchasni tehnologii' v promyslovomu vyrobnyctvi", 97.

Uzakov, G. N, Rabbimov, R. T, Alijarova, L. A, (2014). Jeffektivnost' primenenija piroliznoj tehnologii dlja poluchenija al'ternativnogo topliva iz mestnyh organicheskih othodov. Molodoj uchenyj, 4, 280–283.

Ishakov, T. D., Grachev, A. N., Bashkirov, V. N., Safin, R. G. (2008). Jenergo– i resursosberezhenie pri utilizacii otrabotannyh derevjannyhshpal metodom piroliza. Izvestija vuzov. Problemy jenergetiki, 11-12, 16–20.

Vlasova, Ju. Ju., Kozina, L. N., Dzjuban A. M., Kas'kaev, P. P. (2015). Analiz faktorov, vlijajushhih na organizaciju i osobennosti szhiganija tverdogo topliva v promyshlennyh uslovijah. Vestnik NGIJeI, 6 (49), 34–38.

Grønli, M. G., Melaaen, M. C. (2000). Mathematical Model for Wood PyrolysisComparison of Experimental Measurements with Model Predictions. Energy Fuels, 14 (4), 791–800. doi: 10.1021/ef990176q

Kansa, E. J., Perlee, H. E., Chaiken, R. F. (1977). Mathematical model of wood pyrolysis including internal forced convection. Combustion and Flame, 29, 311–324. doi: 10.1016/0010-2180(77)90121-3

Galgano, A., Blasi, C. D. (2003). Modeling Wood Degradation by the Unreacted-Core-Shrinking Approximation. Industrial & Engineering Chemistry Research, 42 (10), 2101–2111. doi: 10.1021/ie020939o

Park, W. C., Atreya, A., Baum, H. R. (2010). Experimental and theoretical investigation of heat and mass transfer processes during wood pyrolysis. Combustion and Flame, 157 (3), 481–494. doi: 10.1016/j.combustflame.2009.10.006

Iskovych-Lotoc'kyj, R. D., Veselovs'ka, N. R., Ivanchuk, Ja. V., Veselovs'kyj Ja. P. (2013). Rozrahunok temperaturnyh poliv v robochyh zonah piroliznoi' ustanovky. Mizhvuzivs'kyj zbirnyk naukovyh prac' "NAUKOVI NOTATKY", 42, 113–120.

Iskovych–Lotoc'kyj, R. D., Ivanchuk, Ja. V., Ivashko, Je. I. (2013). Modeljuvannja procesu teploobminu v shpyndel'nomu vuzli ustanovky dlja rozpylennja vol'framu. Visnyk shidnoukrai'ns'kogo nacional'nogo universytetu im. V. Dalja, 2 (191), 63–68.

Iskovich-Lotockij, R. D., Ivanchuk, Ja. V., Povstenjuk, D. V., Daniljuk, O. N. (2007). Ustanovka dlja utilizacii othodov. Mir tehniki i tehnologij, 12 (73), 36–37.

Іskovich-Lotoc'kij, R. D., Povstenjuk, P. V., Shmataljuk, M. І., Daniljuk, O. M. (2007). Patent 23991 Ukraina, MPK F23 G5/00. Ustanovka dlja utilіzacіi vіdhodіv. № u 200702015; zajavl. 26. 02. 2007; opubl. 11. 06. 2007, Bjul. № 8.

Іskovich-Lotoc'kij, R. D., Povstenjuk, V. І., Shmataljuk, M. І., Daniljuk, O. M. (2008). Patent 32098 Ukraina, MPK F23 G5/00. Ustanovka dlja utilіzacіi vіdhodiv. № u 200711073; zajavl. 08. 10. 2007; opubl. 12. 05. 2008, Bjul. № 9.

Iskovych-Lotoc'kij, R. D., Ivanchuk, Ja. V., Povstenjuk, V. I., Kostjuk, G. V., Danyljuk, O. M., Veselovs'ka, N. R. (2011). Ustanovka dlja utylizacii' medychnyh vidhodiv z vidborom tepla ta oholodzhennjam. Zbirnyk naukovyh prac' VNAU. Serija: Tehnichni nauky, 7, 98–103.

Iskovych–Lotoc'kyj, R. D, Ivanchuk, Ja. V, Tesovs'kyj, D. V, Veselovs'kyj, Ja. P. (2012). Zastosuvannja gibrydnogo modeljuvannja pry rozrobci ustanovok dlja utylizacii' vidhodiv. Tehnologichni kompleksy. Naukovyj zhurnal, 1,2 (5, 6), 122–126.

Aksenov, A. A., Dyadkin, A. A., Gudzovsky, A. V.; Desideri, J.-A., Hirsch, C., Le Tallec, P., Pandolfi, M., Periaux, J. (Eds.) (2006). Numerical Simulation of Car Tire Aquaplaning. Computational Fluid Dynamics. JJohn Wiley&Sons, 815–820.

Egolfopoulos, F. N., Holley, A. T., Law, C. K. (2007). An assessment of the lean flammability limits of CH4/air and C3H8/air mixtures at engine-like conditions. Proceedings of the Combustion Institute, 31 (2), 3015–3022. doi: 10.1016/j.proci.2006.08.018

Magnussen, B. F., Hjertager, B. H. (1977). On mathematical modeling of turbulent combustion with special emphasis on soot formation and combustion. Symposium (International) on Combustion, 16 (1), 719–729. doi: 10.1016/s0082-0784(77)80366-4

Sistema modelirovanija dvizhenija zhidkosti i gaza Flow Vision. Versija 2. 2. Rukovodstvo pol'zovatelja, 304.

Zel'dovich, Ja. B., Barenblat, G. I., Librovch, V. B., Mahviladze, G. M. (1980). Matematicheskaja teorija gorenija i vzryva. Moscow: Nauka, 478.

Wilcox, D. C., (1994). Turbulence modeling for CFD. DCW Industries, Inc, 460.

Landau, L. D., Lifshic, E. M. (1988). Gidrodinamika. Teoreticheskaja fizika, 4, 736.

Joshi, S., Loccisano, F., Yalin, A. P., Montgomery, D. T. (2011). On Comparative Performance Testing of Prechamber and Open Chamber Laser Ignition. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 133 (12), 122801. doi: 10.1115/1.4003972

Bel'deeva, L. N., Lazutkina, Ju. S., Komarova, L. F. (2009). Jekologicheski bezopasnoe obrashhenie s othodami. Barnaul: Azbuka, 172.

Gorbacheva, L. A. (2009). Zarubezhnyj opyt musoroszhiganija. Jenergija: jekonomika, tehnologija, jekologija, 7, 49–54.

Parfenov, V. P, Janvarev, I. A. (1998). Ocenka teplovoj jeffektivnosti teploobmennogo oborudovanija pri kombinirovannom ohlazhdenii szhatyh gazov v kompressornyh ustanovkah. Izvestija vuzov. Mashinostroenie, 1-3, 62–67.


GOST Style Citations


Іскович–Лотоцький, Р. Д. Піролізна установка утилізації медичних відходів з додатковим очищенням атмосферних викидів [Текст]: тези доповідей/ Р. Д. Іскович–Лотоцький, Я. В. Іванчук, В. І. Повстенюк, Я. П. Веселовський // ІІ Всеукраїнська міжвузівська науково–технічна конференція "Сучасні технології в промисловому виробництві". – Сумиm 2012. – С. 97.

Узаков, Г. Н. Эффективность применения пиролизной технологии для получения альтернативного топлива из местных органических отходов [Текст] / Г. Н. Узаков, Р. Т. Раббимов, Л. А. Алиярова // Молодой ученый. – 2014. – № 4. – С. 280–283.

Исхаков, Т. Д. Энерго– и ресурсосбережение при утилизации отработанных деревянныхшпал методом пиролиза [Текст] / Т. Д. Исхаков, А. Н. Грачев, В.Н. Башкиров, Р.Г. Сафин // Известия вузов. Проблемы энергетики. – 2008. – № 11-12. – С. 16–20.

Власова, Ю. Ю. Анализ факторов, влияющих на организацию и особенности сжигания твердого топлива в промышленных условиях [Текст] / Ю. Ю. Власова, Л. Н. Козина, А. М. Дзюбан, П. П. Каськаев // Вестник НГИЭИ. – 2015. – № 6 (49).– С. 34–38.

Gronli, M. G. Mathematical model for wood pyrolysis – comparison of experimental measurements with model predictions [Text] / M. G. Gronli, M. C. Melaaen // Energy & Fuels. – 2010. – Vol. 4, Issue 14. – P. 791–800. doi: 10.1021/ef990176q 

Kansa, E. J. Mathematical model of wood pyrolysis including internal forced convection [Text] / E. J. Kansa, H. E. Perlee, R. F. Chaiken // Combustion and Flame. – 2007. – Vol. 29. – P. 311–324. doi: 10.1016/0010-2180(77)90121-3 

Galgano, A. Modeling wood degradation by the unreacted–core–shrinking approximation [Text] / A. M. Galgano, C. D. Blasi // Industrial & Engineering Chemistry Research. – 2013. – Vol. 42, Issue 10. – P. 2101–2111. doi: 10.1021/ie020939o 

Park, W. C. Experimental and theoretical investigation of heat and mass transfer processes during wood pyrolysis [Text] / W. C. Park, A. Atreya, H. R. Baum // Combustion and Flame. – 2010. – Vol. 157, Issue 3. – P. 481–494. doi: 10.1016/j.combustflame.2009.10.006 

Іскович–Лотоцький, Р. Д. Розрахунок температурних полів в робочих зонах піролізної установки [Текст] / Р. Д. Іскович–Лотоцький, Н. Р. Веселовська, Я. В. Іванчук, Я. П. Веселовський // Міжвузівський збірник наукових праць "НАУКОВІ НОТАТКИ". – 2013. – Вип. 42. – С. 113–120.

Іскович–Лотоцький, Р. Д. Моделювання процесу теплообміну в шпиндельному вузлі установки для розпилення вольфраму [Текст] / Р. Д. Іскович–Лотоцький, Я. В. Іванчук, Є. І. Івашко // Вісник східноукраїнського національного університету ім. В. Даля. – 2013. – № 2 (191), Ч. 1. – С. 63–68.

Искович–Лотоцкий, Р. Д. Установка для утилизации отходов [Текст] / Р. Д. Искович-Лотоцкий, Я. В. Иванчук, Д. В. Повстенюк, О. Н. Данилюк // Мир техники и технологий. – 2007. – № 12 (73). – С. 36–37.

Пат. 23991 Україна, МПК F23 G5/00. Установка для утилізації відходів [Текст] / Іскович-Лотоцький Р. Д., Повстенюк П. В., Шматалюк М. І., Данилюк О. М. – № u 200702015; заявл. 26. 02. 2007; опубл. 11. 06. 2007, Бюл. №8.

Пат. 32098 Україна, МПК F23 G5/00. Установка для утилізації відходів [Текст] / Іскович-Лотоцький Р. Д., Повстенюк В. І., Шматалюк М. І., Данилюк О. М. – № u 200711073; заявл. 08. 10. 2007; опубл. 12. 05. 2008, Бюл. №9.

Іскович-Лотоцький, Р. Д. Установка для утилізації медичних відходів з відбором тепла та охолодженням [Текст] / Р. Д. Іскович-Лотоцький, Я. В. Іванчук, В. І. Повстенюк, Г. В. Костюк, О. М. Данилюк, Н. Р. Веселовська // Збірник наукових праць ВНАУ, Серія: Технічні науки. – 2011. – № 7. –С. 98–103.

Іскович-Лотоцький, Р. Д. Застосування гібридного моделювання при розробці установок для утилізації відходів [Текст] / Р. Д. Іскович-Лотоцький, Я. В. Іванчук, Д. В. Тесовський, Я. П. Веселовський // Технологічні комплекси. Науковий журнал. – 2012. – № 1,2 (5, 6). – С. 122–126.

Aksenov, A. A. Numerical Simulation of Car Tire Aquaplaning [Text] / A. A. Aksenov, A. A. Dyadkin, A. V. Gudzovsky; J.-A. Desideri, C. Hirsch, P. Le Tallec, M. Pandolfi, J. Periaux (Eds.) // Computational Fluid Dynamics’96. – John Wiley&Sons, 2006. – P. 815–820.

Egolfopoulos, F. N. An assessment of the lean flammability limits of CH4/air and C3H8/air mixtures at engine–like conditions [Text] / F. N. Egolfopoulos, A. T. Holley, C. K. Law // Proceedings of the Combustion Institute. – 2007. – Vol. 31, Issue 2. – P. 3015–3022. doi: 10.1016/j.proci.2006.08.018 

Magnussen, B. F. On Mathematical Modelling of Turbulent Combustion with Special Emphasis on Soot Formation and Combustion [Text] / B. F. Magnussen, B. H. Hjertager // Sixteenth Symposium (International) on Combustion. – 1976. – Vol. 16, Issue 1. – P. 719–729. doi: 10.1016/s0082-0784(77)80366-4 

Система моделирования движения жидкости и газа Flow Vision. Версия 2.2. [Текст]. – Руководство пользователя. – М.: Тесис, 2005. – 304 с.

Зельдович, Я. Б. Математическая теория горения и взрыва [Текст] / Я. Б. Зельдович, Г. И. Баренблат, В. Б. Либровч, Г. М. Махвиладзе. – М.: Наука, 1980. – 478 с.

Wilcox, D. C. Turbulence modeling for CFD [Text] / D. C. Wilcox. – DCW Industries, Inc., 1994. – 460 p.

Ландау, Л. Д. Гидродинамика [Текст] / Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц // Теоретическая физика, том VI. Изд. 4–е, стереотипное. – М.: Наука, 1988. – 736 с.

Joshi, S. On comparative performance testing of prechamber and open chamber laser ignition [Text] / S. Joshi, F. Loccisano, A. P. Yalin, D. T. Montgomery // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. – 2011. – Vol. 133, Issue 12. – P. 122801. doi: 10.1115/1.4003972 

Бельдеева, Л. Н. Экологически безопасное обращение с отходами [Текст] / Л. Н. Бельдеева, Ю. С. Лазуткина, Л. Ф. Комарова. – Барнаул: Азбука, 2009. – 172 с.

Горбачева, Л. А. Зарубежный опыт мусоросжигания [Текст] / Л. А. Горбачева // Энергия: экономика, технология, экология. – 2009. – № 7. – С. 49–54.

Парфенов, В. П. Оценка тепловой эффективности теплообменного оборудования при комбинированном охлаждении сжатых газов в компрессорных установках [Текст] / В. П. Парфенов, И. А. Январев // Известия вузов. Машиностроение. – 1998. – № 1-3. – С. 62–67.







Copyright (c) 2016 Ростислав Дмитрович Іскович-Лотоцький, Ярослав Володимирович Іванчук, Ярослав Петрович Веселовський

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

ISSN (print) 1729-3774, ISSN (on-line) 1729-4061