ТЕРМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СОВМЕСТНОГО ГОРЕНИЯ КАРБОНИЗАТА И ОТХОДОВ БИОМАССЫ, ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ ПРОМЫШЛЕННОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ БЕРЕЗЫ
Authors: Жуйков А.В. 
Published: December 2024

Необходимость перехода к ресурсосберегающей и экологически безопасной энергетике стимулирует поиски новых решений и способов получения тепловой энергии. Одним из таких решений может стать перевод угольных котлов на сжигание твердотопливных смесей на основе угля и биомассы, либо на смеси с более эффективными нетрадиционными твердыми топливами, но для этого необходимо расширять и дополнять экспериментально-научную базу, посвященную этому вопросу. Цель работы – анализ основных стадий процесса горения карбонизата, отходов биомассы и их смесей, а также определение основных характеристик совместного сжигания в условиях неизотермического нагрева с учетом синергетических взаимодействий между частицами компонентов смеси. В работе представлен результат термического анализа карбонизата, полученного газификацией черногорского угля, березовых опилок и их смесей, проведенного в окислительной среде при скорости нагрева 20 °C/мин. Установлены основные характеристики горения – температура, при которой происходит воспламенение летучих веществ и коксового остатка, температура, при которой завершается процесс горения, максимальная скорость убыли массы и температура, соответствующая ей, а также индекс горения, позволяющий сравнивать свойства горючести различных топлив. Температура воспламенения карбонизата выше, чем у березовых опилок на 45 %, а индекс горения ниже, чем у опилок в 25 раз. Установлено, что общее время горения смесей выше, чем у индивидуальных топлив. Определена наиболее энергоэффективная топливная смесь из рассматриваемых. Установлено, что добавление биомассы к карбонизату может улучшить не только характеристики горения карбонизата, но и его экологические характеристики вследствие низкой зольности, минимального содержания серы и азота в отходах биомассы.

The need for a transition to resource-saving and environmentally friendly energy stimulates the search for new solutions and ways to obtain thermal energy. One of such solutions at the mid-term stage of development of the heat and power industry could be the transfer of coal boilers to the combustion of solid fuel mixtures based on coal and biomass waste, or mixtures with more efficient components, but for this it is necessary to expand and supplement the experimental and scientific base devoted to this issue. The purpose of the work is to analyze the main stages of the combustion process of semi-coke, biomass waste and their mixtures, as well as to determine the main characteristics of joint combustion under non-isothermal heating conditions, taking into account synergistic interactions between the particles of the mixture components. The paper presents the result of a thermal analysis of semi-coke obtained by gasification of chernogorsk coal, birch sawdust and their mixtures, carried out in an oxidizing environment at a heating rate of 20 °C/min. The main combustion characteristics have been established, such as the temperature at which ignition of volatile substances and coke residue occurs, the temperature at which the combustion process is completed, the maximum rate of mass loss and the temperature corresponding to it, as well as the combustion index, which allows one to compare the flammability properties between different fuels. The ignition temperature of semi-coke is 45 % higher than that of birch sawdust, and the combustion index is 25 times lower than that of sawdust. It has been established that the total burning time of mixtures is higher than that of individual fuels. The most energy efficient fuel mixture among those considered was determined. In general, it has been found that the addition of biomass to semi-coke can improve not only the combustion characteristics of the semi-coke, but also its environmental characteristics due to the low ash content and minimal sulfur and nitrogen content in the biomass waste.