1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Химия твердого топлива
  4. № 5, 2023

Химия твердого топлива, 2023, № 5, стр. 55-68

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ВОСПЛАМЕНЕНИЯ КАМЕННОГО УГЛЯ ПУТЕМ ДОБАВЛЕНИЯ БИОМАССЫ В УСЛОВИЯХ ФАКЕЛЬНОГО СЖИГАНИЯ

А. В. Жуйков 1, 2, *, Д. О. Глушков 2, **, А. И. Цепенок 3, ***, А. О. Плешко 2, ****

1 Сибирский федеральный университет
660041 Красноярск, Россия

2 Национальный исследовательский Томский политехнический университет
634050 Томск, Россия

3 ООО “ЗиО-Энерджи”
630049 Новосибирск, Россия

* E-mail: azhuikov@sfu-kras.ru
** E-mail: dmitriyog@tpu.ru
*** E-mail: alexey.tsepenok@gmail.com
**** E-mail: p.andrey12@mail.ru

Поступила в редакцию 28.05.2023
После доработки 28.05.2023
Принята к публикации 07.06.2023

Аннотация

С применением современных методик, аналитического и экспериментального оборудования определены характеристики процессов термического разложения и горения, включая концентрации основных компонентов дымовых газов (CO, CO2, NOx, H2S + SO2), при нагреве мелкодисперсных частиц (100–200 мкм) черногорского каменного угля, древесины лиственницы и смесей на их основе. Содержание биомассы в составе топливных смесей на основе угля составляло 10, 20 и 30 мас. %. Методом синхронного термического анализа для индивидуальных твердых топлив и их смесей установлены температуры, при которых происходит воспламенение коксового остатка и завершение процесса горения. Опилки лиственницы более реакционно способные по сравнению с черногорским каменным углем, благодаря наиболее низкой температуре, при которой происходит зажигание углеродного остатка, поэтому добавление даже 10% биомассы к углю оказывает положительное влияние на реакционную способность смеси. В условиях нагрева топлив в потоке воздуха при температурах 500–800°С с помощью программно-аппаратного комплекса высокоскоростной видеорегистрации быстропротекающих процессов определены времена задержки зажигания. По результатам проведенных исследований установлено, что времена задержки зажигания рассматриваемых топлив в потоке разогретого воздуха варьируются в диапазоне от 0.02 до 0.22 с, а добавление 10–30 мас. % биомассы к углю снижает времена задержки зажигания топливных смесей до 50%. Анализ дымовых газов при горении твердых топлив позволил установить концентрации основных антропогенных выбросов, использование биомассы в качестве добавки к углю снижает выбросы диоксида углерода, оксидов азота и соединений серы (H2S + SO2) на 2.2–13.5%; 6.2–28.9% и 18.2–33.3% растет соответственно.

Ключевые слова: уголь, биомасса, топливная смесь, поток разогретого воздуха, горение, термогравиметрический анализ

Список литературы

  1. Yang W., Pudasainee D., Gupta R., Li W., Wang B., Sun L. // Fuel Process. Technol. 2021. V. 213. P. 106657.

  2. Xia Y., Zhang J., Tang C., Pan W. // J. Energy Inst. 2023. P. 101191.

  3. Ashraf A., Sattar H., Munir S. // J. Energy Inst. 2022. V. 100. P. 55.

  4. Roni M.S., Chowdhury S., Mamun S., Marufuzzaman M., Lein W., Johnson S. // Renew. Sust. Energ. Rev. 2017. V. 78. P. 1089.

  5. Vassilev S.V., Vassileva C.G., Vassilev V.S. // Fuel. 2015. V. 158. P. 330.

  6. Madanayake B.N., Gan S., Eastwick C., Ng H.K. // Fuel Process. Technol. 2017. V. 159 P. 287.

  7. Teixeira P., Lopes H., Gulyurtlu I., Lapa N., Abelha P. // Biomass & Bioenergy. 2012. V. 39. P. 203.

  8. Agbor E., Zhang X., Kumar A. // Renew Sustain Energy Rev. 2014. V. 40. P. 930.

  9. Sahu S.G., Chakraborty N., Sarkar P. // Renew. Sust. Energ. Rev. 2014. V. 39. P. 575.

  10. Tillman D.A. Biomass & Bioenergy. 2000. V. 19. № 6. P. 365.

  11. Ashraf A., Sattar H., Munir S. // Fuel. 2019. V. 235. P. 504.

  12. Idris S.S., Rahman N.A., Ismail K. // Bioresour Technol. 2012. V. 123. P. 581.

  13. Chen C., Qin S., Chen F., Lu Z., Cheng Z. // J. Energy Inst. 2019. V. 92. P. 364.

  14. Glushkov D.O., Kuznetsov G.V., Chebochakova D.A., Lyakhovskaya O.E., Anufriev I.S., Shadrin E.Yu. // Appl. Therm. Eng. 2018. V. 142. P. 371.

  15. Bhuiyan A.A., Blicblau A.S., Islam A.K.M.S., Naser J. // J. Energy Inst. 2018. V. 91. № 1. P. 1.

  16. Gil M.V., Rubiera F. // New Trends Coal Convers. 2019. P. 117.

  17. Рябов Г.А. // Энергетика за рубежом. Приложение к журналу “Энергетик”. 2022. № 3. С. 2.

  18. Рябов Г.А. // Теплоэнергетика. 2022. № 6. С. 17. [Thermal Engineering, 2022, vol. 69, no. 6. p. 405. https://doi.org/10.1134/S0040601522060052]https://doi.org/10.1134/S0040363622060054

  19. Coats A.W., Redfern J.P. // Nature. 1964. V. 201. P. 68.

  20. Guo F., He Y., Hassanpour A., Gardy J., Zhong Z. // Energy. 2020. V. 197. P. 117147.

  21. Yuan Y., Zuo H., Wang J., Gao Y., Xue Q., Wang J. // Fuel. 2022. V. 324. P. 124727.

  22. Armakan S., Civan M., Yurdakul S. // J. Therm. Anal. Calorim. 2022. V. 147. № 22. P. 12855.

  23. Liu Y., Tan W., Liang S., Bi X., Sun R., Pan X. // Biomass Conv. Bioref. 2022.

  24. Chen L., Wen C., Wang W., Liu T., Liu E., Liu H., Li Z. // Renew. Energ. 2020. V. 161. P. 867.

  25. Glushkov D.O., Matiushenko A.I., Nurpeiis A.E., Zhuikov A.V. // Fuel Process. Technol. 2021. V. 223. P. 106986.

  26. Volkov R.S., Strizhak P.A. // Exp. Therm. Fluid Sci. 2018. V. 97. P. 392–407.

  27. Antonov D.V., Kuznetsov G.V., Strizhak P.A. // J. Eng. Phys. Thermophys. 2020. V. 93. № 2. P. 1055.

  28. Arkhipov V.A., Vasenin I.M., Trofimov V.F., Usanina A.S. // Fluid Dyn. 2013. V. 48. № 2. P. 143.

  29. Arkhipov V.A., Boiko V.M., Goldin V.D., Maslov E.A., Orlov S.E., Poplavskiy S.V., Usanina A.S., Zharova I.K. // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2016. V. 124. № 1. Article number 012076.

  30. Head A.J., Novara M., Gallo M., Schrijer F., Colonna P. // Exp. Therm. Fluid Sci. 2019. V. 102. P. 589.

  31. Alekseenko S.V., Anufriev I.S., Dekterev A.A., Shadrin E.Y., Kuznetsov V.A., Sharypov O.V., Boyko E.E., Naumov I.V., Kabardin I.K. // Int. J. Therm. Sci. 2021. V. 161. Article number 106715.

  32. Anufriev I.S., Kuibin P.A., Shadrin E.Y., Sharaborin D.K., Sharypov O.V. // Thermophys. Aeromech. 2016. V. 23. № 4. P. 621.

  33. Akhmetshin M.R., Nyashina G.S., Strizhak P.A. // Fuel. 2021. V. 313. Article number 122653.

  34. Zeldvich Y.B. // Acta Physicochimica. 1946. V. 21. P. 577.

  35. Zhang Z., Chen D., Li Z., Cai N., Imada J. // Energy & Fuels. 2017. V. 31. № 2. P. 1383.

  36. Guo F., Zhong Z. // Journal of Cleaner Production. 2018. V. 185. P. 399.

  37. Zhao J., Wang T., Deng J., Shu C.M., Zeng Q., Guo T., Zhang Y. // Energy. 2020. V. 209. Article number 118494.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Химия твердого топлива

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал