Научная статья на тему 'ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СОСТАВА МИНЕРАЛЬНОЙ ЧАСТИ СОЛОМЫ И ЛУЗГИ НА ИХ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ'

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СОСТАВА МИНЕРАЛЬНОЙ ЧАСТИ СОЛОМЫ И ЛУЗГИ НА ИХ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
101
34
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СОЛОМА / STRAW / ЛУЗГА / HUSK / СОСТАВ / ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ / ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ / ТЕМПЕРАТУРЫ ПЛАВКОСТИ ЗОЛЫ / THERMO-TECHNICAL CHARACTERISTICS / CALORIFIC VALUE / ASH MELTING TEMPERATURES

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Резцов В. Ф., Матвейчук А. С., Чернявский Н. В., Рудавина Е. В.

Представлены результаты экспериментального исследования состава органической и минеральной части, а также теплотехнических характеристик украинской соломы и лузги подсолнечника методами анализа, гармонизованными с международной системой стандартизации. Выявлены ранее неизвестные закономерности и определены исходные данные для расчета энергоустановок, использующих солому и лузгу как топливо.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Резцов В. Ф., Матвейчук А. С., Чернявский Н. В., Рудавина Е. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

EXPERIMENTAL RESEARCH OF MINERAL COMPOSITION OF STRAW AND HUSKS ON THEIR THERMAL PERFORMANCE

The results are presented of Ukrainian wheat straws and sunflower husk organic and mineral matter composition and of thermo-technical characteristics experimental study by the test methods which are just harmonized with international standard system. Some previously unknown patterns are identified and the initial data are defined for calculations of power boilers which use straw and husk as fuel.

Текст научной работы на тему «ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СОСТАВА МИНЕРАЛЬНОЙ ЧАСТИ СОЛОМЫ И ЛУЗГИ НА ИХ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ»

ЭНЕРГИЯ БИОМАССЫ

ENERGY OF BIOMASS

Статья поступила в редакцию 25.04.12. Ред. рег. № 1316 The article has entered in publishing office 25.04.12. Ed. reg. No. 1316

УДК 662.636

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СОСТАВА МИНЕРАЛЬНОЙ ЧАСТИ СОЛОМЫ И ЛУЗГИ НА ИХ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

1 1 2 3

В.Ф. Резцов , А.С. Матвейчук , Н.В. Чернявский , Е.В. Рудавина

'Институт возобновляемой энергетики НАН Украины 02094 Украина, Киев, ул. Красногвардейская, д. 20А Тел./факс: +38 044 206-28-09, e-mail: [email protected] 2Институт угольных энерготехнологий НАН Украины 04070 Украина, Киев, ул. Андреевская, д. 19 3ГП «УкрНИИуглеобогащение» 91016, Украина, г. Луганск, ул. Советская, д. 61

Заключение совета рецензентов: 10.05.12 Заключение совета экспертов: 15.05.12 Принято к публикации: 20.05.12

Представлены результаты экспериментального исследования состава органической и минеральной части, а также теплотехнических характеристик украинской соломы и лузги подсолнечника методами анализа, гармонизованными с международной системой стандартизации. Выявлены ранее неизвестные закономерности и определены исходные данные для расчета энергоустановок, использующих солому и лузгу как топливо.

Ключевые слова: солома, лузга, состав, теплотехнические характеристики, теплота сгорания, температуры плавкости золы.

EXPERIMENTAL RESEARCH OF MINERAL COMPOSITION OF STRAW AND HUSKS ON THEIR THERMAL PERFORMANCE

V.F. Ryeztsov1, A.C. Matvejchyk1, N.V. Chernyavskij2, E.V. Rudavina3

'Institute of Renewable Energy, National Ukrainian Academy of Science 20A Chervonogvardijska str., 02094, Kyiv-94, Ukraine Phone/fax: +38 044 206-28-09, e-mail: [email protected] 2Institute of Coal Power, National Ukrainian Academy of Science 19 Andreevskaya str., 04070, Kyiv, Ukraine 3SE "Ukrainian Research Institute of Coal Preparation" 61 Sovetskaya str., 91016, Lugansk, Ukraine

Referred: 10.05.12 Expertise: 15.05.12 Accepted: 20.05.12

The results are presented of Ukrainian wheat straws and sunflower husk organic and mineral matter composition and of thermo-technical characteristics experimental study by the test methods which are just harmonized with international standard system. Some previously unknown patterns are identified and the initial data are defined for calculations of power boilers which use straw and husk as fuel.

Keywords: straw, husk, thermo-technical characteristics, calorific value, ash melting temperatures.

В условиях резкого удорожания импортируемого в Украину природного газа особую актуальность приобретает диверсификация топливной базы коммунальных и промышленных котельных. Одним из видов альтернативных топлив могут быть твердые сельскохозяйственные отходы биомассы (твердые биотоплива) - солома, лузга, стебли кукурузы и подсолнечника, экономический потенциал которых в Украине превышает 8 млн т у.т. в год [1].

Для разработки энергоустановок на твердых био-топливах важное значение имеют их теплотехнические характеристики - влажность, зольность, выход и состав летучих веществ, калорийность, температуры плавкости золы, кажущаяся плотность и эквивалентный диаметр частиц коксового остатка. Известно [1, 2], что растительные отходы отличаются от угля большим содержанием кислорода в органической части, из-за чего их теплота сгорания на сухую

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 07 (111) 2012

© Scientific Technical Centre «TATA», 2012

беззольную массу ниже. С другой стороны, в растительных отходах, по сравнению с углем, значительно ниже зольность и содержание общей серы. Насыпная плотность сухих отходов биомассы, по сравнению с углем, меньше в несколько раз. Наиболее существенным отличием считается повышенное содержание в золе биомассы щелочных и щелочноземельных металлов, из-за чего температуры ее плавкости значительно ниже, чем у угля.

В силу этого обстоятельства стандартные методы, применяемые для анализа различных видов угля, к биомассе неприменимы. Европейским техническим комитетом СБМ/ТБ 335 разработан пакет стандартов для технического, элементного, калориметрического, ситового и других видов анализа твердых биотоплив; основные из них недавно имплементированы в Украине в виде национальных идентичных пробных стандартов. Их главные особенности: крупность аналитической пробы не 0-0,2 мм, а 0-1,0 мм, и озоление не при 815 °С, как для угля, а при 550 °С для предотвращения термического разложения минеральной части. Первая в Украине попытка комплексного исследования лузги подсолнечника и соломы пшеницы с применением этих стандартов выполнена в угле-

химической лаборатории ГП «УкрНИИуглеобогаще-ние» при участии специалистов Института возобновляемой энергетики и Института угольных энерготехнологий НАН Украины [3]. Целью данной работы является анализ полученных результатов, в том числе с выявлением влияния термического разложения минеральной части на выход летучих веществ и теплоту сгорания органической части, для выдачи исходных данных к расчету процессов горения в энергоустановках на твердых биотопливах.

Основные результаты комплексного исследования приведены в табл. 1-4. По основным характеристикам органической части они соответствуют данным [1, 4], но имеют ряд особенностей по характеристикам минеральной части. Ее состав характеризуется значительными колебаниями содержания диоксида кремния, оксидов щелочных и щелочноземельных металлов, сумма оксидов Хокс. не достигает 100%. Температуры плавления ^ колеблются от 1110 до 1270 °С; в целом разница между С и (А (30-50 °С) оказалась значительно меньшей, чем в зарубежных исследованиях [1, 4] (310-410 °С). Это можно объяснить, исходя из следующих соображений.

Таблица 1

Результаты технического анализа образцов лузги подсолнечника и соломы пшеницы

Table 1

The results of the technical analysis of samples sunflower husks and wheat straw

№ пробы Образец Место и время отбора Примечание w; ,% Ad, % s ?,% Vdaf, %

1 Лузга подсолнечника МЭЗ г. Пологи, 2009 Отходы маслоэкстракционного производства 9,45 3,8 0,21 77,1

2 Солома яровая Васильковский р-н, 2010 Удобренное поле, под навесом 14,82 9,0 0,15 79,8

3 Вышгородский р-н, Открытое хранение 10,831 3,2 0,04 83,7

4 Солома озимая 2011 Хранение под навесом 9,78 8,9 0,21 78,5

5 Васильковский р-н, 2011 Удобренное поле, под навесом 10,33 5,2 0,15 80,2

1 - подсушенная для дробления при пробоподготовке.

Таблица 2

Результаты элементного, калориметрического анализа и температуры плавкости золы

для образцов лузги и соломы

Table 2

The results of the elemental calorimetric analysis and temperature of melting ash, samples husks and straw

№ пробы Элементный состав, % Cl, % P, % Qdaf Температуры плавкости золы, °C

H daf Qdaf (N+O)daf gdaf МДж/кг ккал/кг tA tß te

1 5,29 50,60 43,89 0,22 0,09 0,007 20,520 4901 1140 1150 1180

2 5,97 52,90 40,97 0,16 0,26 0,134 21,169 5056 1240 1260 1270

3 6,11 50,50 43,34 0,05 0,03 0,090 19,968 4769 1070 1090 1100

4 6,10 50,00 43,66 0,24 0,40 0,280 19,660 4696 1050 1070 1100

5 4,80 49,83 45,21 0,16 0,12 0,038 19,476 4652 1080 1100 1110

Таблица 3

Результаты определения химического состава золы для образцов лузги и соломы

в пересчете на высшие оксиды

Table 3

The results of chemical analysis of ash, samples husk and straw in equivalent of the higher oxides

№ пробы Химический состав, %

SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO TiO2 Mn3O4 P2O5 SO3 Na2O K2O у -^окс.

1 3,34 2,50 - 16,45 11,84 0,07 0,08 3,78 9,23 4,43 17,75 69,5

2 59,83 2,99 2,80 8,40 3,40 0,23 0,14 4,16 3,53 2,25 4,65 92,4

3 44,09 2,48 - 14,34 5,79 0,07 0,19 8,94 4,92 2,55 7,25 90,6

4 30,04 2,99 - 7,70 4,79 0,10 0,13 14,48 5,38 3,88 17,25 86,7

5 43,03 2,00 - 5,25 1,51 0,02 0,05 3,36 3,50 1,73 21,50 82,0

Таблица 4

Результаты анализа коксовых остатков образцов лузги и соломы после отгонки летучих веществ в стандартных условиях

Table 4

The results of analysis of coke remnants, samples husk and straw after the distillation of volatile substances under standard conditions

№ пробы Ad, % , % ca, %

1 13,0 0,59 98,38

2 32,2 - 96,46

3 16,7 0,29 99,39

4 34,7 - 99,55

5 23,7 - 99,61

В минеральной части твердых биотоплив щелочные и щелочноземельные металлы содержатся преимущественно в виде не оксидов, а карбонатов и сульфатов. При определении зольности биотоплив (550 °С) большая их часть не разлагается. Отсюда следует, что разница между количеством стандартно определенной золы и суммой оксидов должна быть

близка к количеству продуктов разложения карбонатов и сульфатов - СО2 и 803. В табл. 5 масса оксидов пересчитана в массу карбонатов и сульфатов; видно, что сумма компонентов золы приблизилась к 100%. Следует отметить, что в энергоустановках сжигание происходит при более высоких температурах, поэтому масса свежего зольного остатка должна приближаться к сумме масс оксидов.

Наиболее вероятная причина различия содержания диоксида кремния в золе лузги (3%) и соломы (30-60%) заключается в том, что в процессе масло-экстракционного производства первой стадией является очистка от внешних загрязнений (песка и глины), в которых содержание диоксида кремния велико. Таким образом, золообразующим компонентом лузги является минеральная часть биомассы, в которой содержание диоксида кремния мало, а соломы -в большой степени остатки песка и глины. Относительно высокие температуры плавкости золы лузги связаны, скорее всего, с наличием тугоплавких оксидов кальция (тпл = 2570 °С) и магния (тпл = 2825 °С) в количестве почти 30% (в остальных образцах -менее 20%), способных создавать стойкую к тепловым деформациям структуру зольного остатка.

Таблица 5

Результаты определения химического состава золы образцов в пересчете оксидов щелочных и щелочноземельных металлов в карбонаты и сульфаты

Table 5

The results of determination chemical composition of ash samples in equivalent of oxides alkali and metals alkaline earth in carbonates and sulfates

№ пробы Химический состав, %

SiO2 Fe2O3 Al2O3 CaCO3+CaSO4 MgCO3 TiO2 Mn3O4 P2O5 Na2C03 К2СО3 у

1 3,34 2,50 - 33,53 24,86 0,07 0,08 3,78 7,57 26,06 101,8

2 59,83 2,99 2,80 16,59 7,14 0,23 0,14 4,16 3,85 6,83 104,6

3 44,09 2,48 - 27,82 12,16 0,07 0,19 8,94 4,36 10,64 110,8

4 30,04 2,99 - 16,17 10,06 0,10 0,13 14,48 6,63 25,32 105,9

5 43,03 2,00 - 10,95 3,17 0,02 0,05 3,36 2,96 31,56 97,1

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 07 (111) 2012

© Scientific Technical Centre «TATA», 2012

Закономерности температур плавкости золы соломы, напротив, следует увязать с наличием диоксида кремния: сопоставление данных табл. 2 и 3 показывает монотонный рост IА с увеличением его содержания. Температуры же начала шлакования °С, которые по методике УралВТИ оценивают по сумме кислотных (К = 8Ю2 + А1203 + ТЮ2) и основных оксидов (0 = СаО + Mg0 + К20 + №20) по формуле: 4 = 945 + 8,22 К/О [5], снижаются с ростом содержания основных оксидов (рис. 1) и приближаются к уровню IА = 860-900 °С по данным [4].

Рис. 1. Зависимости температур начала деформации и шлакования от содержания основных оксидов в золе соломы пшеницы Fig. 1. Dependences of temperature started deformation and slagging from the content of basic oxides in the ash of wheat straw

Зольность на сухую массу, %

Рис. 2. Зависимость высшей теплоты сгорания от зольности: 1 - Qdaf по данным анализа (пунктир); 2 - Qds по данным анализа; 3 - Qds , рассчитанная из Qdaf = 4850 ккал/кг

с использованием КМм (рис. 4, точки 1) Fig. 2. The dependence of the highest heat of combustion from ash: 1 - Qdaf data analysis (dotted line); 2 - Qd data analysis; 3 - Qd , calculated from Qd"f = 4850 kcal/kg with the use of Kmm (Fig. 4, points 1)

Рис. 3. Зависимость выхода летучих веществ от зольности: 1 - Vdaf по данным анализа (пунктир); 2 - Vd по данным анализа; 3 - Vd, рассчитанный из V"' = 80,5% с использованием VA (рис. 4, точки 2) Fig. 3. Dependence of release volatile substances from ash: 1 - Vda' data analysis (dotted line); 2 - Vd data analysis; 3 - И, calculated from Vda' = 80,5% with the use of V (Fig. 4, points 2)

По высшей теплоте сгорания на сухую беззольную массу проанализированные образцы можно разделить на 2 группы: № 1, 2 с д** = 4900-5060 ккал/кг и № 35 с О*"" = 4650-7670 ккал/кг. Это хорошо коррелирует с известным фактом: в соломе озимой пшеницы основная составляющая - низкокалорийная целлюлоза с высоким содержанием кислорода; в соломе яровой пшеницы больше содержится более калорийного белка, а в лузге - жировых остатков.

Общность происхождения позволяет рассматривать образцы № 3-5 как ряд с близким составом органической части, в пределах которого основной переменной характеристикой является зольность, и существует тенденция снижения О*"" и выхода летучих веществ на сухую беззольную массу У1"" с ее возрастанием (рис. 2, 3, точки 1, пунктир).

Применительно к угольным образцам, разделенным по зольности в тяжелой жидкости, в [6] было показано, что влияние зольности на величины О*" и V1с" сводится к следующему. Зольность отражает содержание минерального вещества за вычетом продуктов его термического разложения - СО2 карбонатов и гидратной влаги, количество которых достигает 10% от количества зольного остатка. При увеличении зольности характеристики органического вещества не изменяются, но измеряемая величина V1"" растет за счет вклада продуктов термического разложения минерального вещества, а О*"" снижается из-за того, что теплоту сгорания органического вещества относят к сухой беззольной массе, увеличившейся по сравнению с органической массой за счет термического разложения части минерального

вещества. Была доказана линейность экспериментальных зависимостей о = да1) и У = да1), а из описывающих их выражений

Qd = ß0Pr (100 _ KMMAa)/100,

(1)

У1 = у°рг-(100 - кмма 1)/100+УКмыА 1/100 (2)

найдены коэффициенты минеральной массы кмм и выход продуктов ее термического разложения при пиролизе Ум для угля различных марок и показано, что уМ/100 < (Кмм - 1).

Тот же подход применен здесь к ряду образцов соломы, но с двумя важными оговорками. Состав минерального вещества угля слабо зависит от зольности, а в минеральном веществе биомассы при различной зольности содержание карбонатов и гидрат-ной влаги может сильно варьироваться, поэтому значения Кмм целесообразно находить не путем линеаризации зависимости (1), а путем решения выражений (1) относительно Кмм для каждой экспериментальной точки. Кроме того, поскольку определение выхода летучих веществ для твердых биотоплив выполняется при более высокой температуре, чем определение зольности, значения уМ/100 могут быть как меньше, так и больше величин (кмм - 1). Неизменной остается основная посылка о независимости значений о°рг и у°рг от зольности.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Рис. 4. Результаты решения выражений (1), (2) для образцов соломы: 1 - значения (Кмм - 1) по обработке калориметрического анализа; 2 - значения \тУ100 по обработке анализа выхода летучих веществ Fig. 4. The results of solution (1), (2) for samples of straw: 1 - (Kmm - 1) values to process the calorimetric analysis; 2 -^/100 values processing analyzes yield of volatile substances

жания щелочных и/или щелочноземельных металлов при увеличении доли внешних минеральных примесей. Поскольку выше указывалось на сохранение при озолении, по крайней мере, части СО2 карбонатов, можно предположить, что это разложение связано главным образом с отщеплением гидратной влаги. По всей вероятности, в малозольном образце выше доля гидратов с температурой разложения более 550 °С, чем в высокозольных, за счет чего в нем vм/100 > > (кмм - 1). Этим же можно объяснить и кажущееся снижение (в отличие от угля, где наблюдается кажущееся возрастание) с ростом зольности. Подстановка найденных значений (кмм - 1) и Ум/100 в выражения (1) и (2) дает расчетные значения о и У, близкие к экспериментальным, что подтверждает правильность принятого подхода.

На рис. 2, 3 точки 2 отражают зависимости = = дАа) и У1 = дАа) по данным анализа, прямые - их линеаризацию. Точки 1 на рис. 4 представляют значения (Кмм - 1) по обработке калориметрического анализа; 2 - значения ум/100 по обработке анализа выхода летучих веществ. Видно, что в обоих видах анализа степень разложения минерального вещества снижается с ростом зольности образцов, что связано, по всей вероятности, со снижением содер-

Рис. 5. Сопоставление экспериментальных (1) и расчетных (2) значений зольности образцов после отгонки летучих веществ в зависимости от исходной зольности Fig. 5. Comparison of experimental (1) and calculated (2) values of ash samples after distillation of volatile substances in depending on the original ash

Приведенный выше анализ показывает, что из-за высокой степени термического разложения минерального вещества твердых биотоплив при их озоле-нии и определении летучих веществ пересчет теплотехнических характеристик на сухую беззольную массу может приводить к существенным неточностям. В силу этого целесообразно пользоваться данными анализа в приведении к сухой массе биотоплива. Это подтверждается анализом зольности коксового остатка образцов после пиролиза. На рис. 5 нанесены две зависимости зольности коксового остатка от зольности исходных образцов. Точки 1 соответствуют экспериментальным данным (см. табл. 4), точки 2 получены из расчета с использованием следующих соотношений:

со = 100 - У1 - А1; А1ко = 100а1/(а1 + С^), (3)

где нижний индекс (ко) относится к коксовому остатку. При низкой зольности расчетные значения оказы-

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 07 (111) 2012

© Scientific Technical Centre «TATA», 2012

ваются чуть выше экспериментальных за счет отмеченной выше большей степени разложения минерального вещества при пиролизе, чем при озолении, а при высокой зольности наблюдается обратный эффект. Однако в целом с учетом разброса экспериментальных данных по выходу летучих веществ и исходной зольности расчетные значения зольности коксового остатка оказались близки к экспериментальным.

С учетом того, что по данным табл. 4 в органической части лузги и соломы после пиролиза остается практически чистый углерод, для расчета процессов

Состав образцов в пересче Composition of samples in eqi

термической переработки твердых биотоплив в энергоустановках количество углерода коксового остатка можно оценивать по выражению (3), а углерода летучих веществ - по разности между исходным содержанием углерода и углерода в коксовом остатке, в приведении перечисленных характеристик к сухой или к рабочей массе. В табл. 6 влажность, зольность и элементный состав летучих веществ (углерод, водород, кислород, азот) и коксового остатка приведены в пересчете на рабочую массу топлива.

Таблица 6

е на рабочую массу топлива

Table 6

valent on working mass of fuel

№ пробы , % A', % Сф , % фикс С , % лет H', % O', % W, % S', %

1 9,5 3,4 19,9 24,1 4,б 31,8 0,4 0,2

2 14,8 l,l 15,l 25,3 4,б 31,4 0,4 0,1

3 10,8 2,9 14,1 29,5 5,3 31,0 0,4 0,0

4 9,8 8,0 1l,l 23,4 5,0 35,5 0,4 0,2

5 10,3 4,l 1б,8 25,5 4,1 38,0 0,4 0,1

Среднее но пробам 3-5 10,3 5,2 1б,2 2б,2 4,8 3б,8 0,4 0,1

Таблица 7

Выход продуктов на 100 кг биотоплива в зоне пиролиза, кг

Table 7

Product yield of 100 kg of bio-fuels in the area of pyrolysis, kg

Для расчета молекулярного состава летучих веществ воспользуемся тем фактом, что при пиролизе биомассы основными продуктами являются СО, СО2, Н2О, метан и тяжелые углеводороды (смолы), а вы-

ход водорода не превышает 1-2% [1]. С другой стороны, известно, что при пиролизе биомассы при температурах свыше 600 °С выход смол резко снижается, а метана - растет [7]. С учетом того, что в топочных процессах температура в зоне пиролиза, как правило, превышает 800 °С, это дает основание в первом приближении считать продукты пиролиза твердых биотоплив состоящими из СО, СО2, Н2О и метана. Это позволяет рассчитать их состав путем решения системы четырех уравнений, три из которых являются уравнениями баланса по элементам С, Н, О, а четвертое - уравнением теплового баланса по равенству низшей теплоты сгорания исходного топлива и суммы продуктов пиролиза и коксового остатка. Результаты этого расчета приведены в табл. 7.

Для расчета скорости горения и аэродинамических характеристик твердых биотоплив после пиролиза важное значение имеют размеры и кажущаяся плотность частиц коксового остатка. В литературе приводятся данные по плотности и размеру только гранулированных биотоплив, но они неприменимы для энергоустановок, где биотопливо используется в негранулированном виде. Выдать некие обобщения по коксовому остатку соломы затруднительно, поскольку в зависимости от технологии ее термической переработки она предварительно подвергается резке, иногда уплощению. Однако размеры частиц лузги варьируются незначительно. В ходе данного исследования был установлен средний размер частиц коксового остатка лузги 8x4x0,2 мм, что соответствует

Компонент Лузга (нроба № 1) Солома

нроба № 2 среднее но пробам № 3-5

Зола 3,4 8,1 5,2

Углеродный остаток 19,9 15,1 1б,2

Н2О внешняя 9,5 14,8 10,3

Н2О пирогенетическая 1б,9 1,2 8,8

СН4 10,9 15,3 15,3

СО 34,б 21,2 11,9

СО2 4,1 11,б 25,8

n2 0,4 0,4 0,4

S 0,2 0,1 0,1

Ао, % 14,б 32,9 24,3

объему частицы 6,4 мм3, контурной поверхности 68,8 мм2. В расчетах процессов термической переработки обычно используют эквивалентный диаметр 1э, который определяют как диаметр шара с тем же объемом, что и частица, и коэффициент сферичности ф, который определяют как отношение поверхности шара с диаметром 1э к поверхности частицы (в данном случае 1э = 2,3 мм, ф = 0,24) [8]. Для определения кажущейся плотности коксовый остаток подвергли дроблению до размера 0-1 мм, в результате чего плотность его насыпного слоя возросла от менее 50 до 250 кг/м3. Из [9] известно, что породность слоя частиц пластинчатой формы (ф < 0,5) стремится к 0,6, откуда кажущаяся плотность рк ~ 600 кг/м3. Это подтверждается тем, что частицы коксового остатка лузги не тонут в этаноле (р = 790 кг/м3), а после дробления, когда жидкость начинает проникать в часть макропор, - тонут.

Выводы

Таким образом, на основании результатов анализа состава и свойств лузги подсолнечника и соломы пшеницы методами, гармонизованными с международной системой стандартизации, выявлены ранее неизвестные данные о природе минеральной части твердых биотоплив, в том числе - закономерности влияния продуктов ее термического разложения на теплоту сгорания и выход летучих веществ. Определен состав летучих веществ, коксового остатка, его плотность и геометрические характеристики, а также температуры плавкости золы, что составляет необходимый комплекс исходных данных для расчета энергоустановок, использующих солому и лузгу как топливо.

Список литературы

1. Блюм Я.Б., Гелетуха Г.Г., Григорюк 1.П. та ш. Новггш технологи бюенергоконверсп: Монографiя. К.: «Аграр Медiа Груп», 2010.

2. Зысин Л.В., Кошкин Н.Л. Некоторые итоги применения растительной биомассы в энергетике развитых стран // Теплоэнергетика. 1997. № 4. С. 28-32.

3. Матвейчук А.С., Рудавина Е.В., Чернявский Н.В. Комплексное исследование физико-химических и теплотехнических свойств соломы и лузги для разработки требований к энергетическому топливу из отходов биомассы // Современная наука: Сб. научн. статей. НПВК «Триакон», 2011. № 3(8). С. 103-106.

4. Dahl J., Andersen M.B. Project Biolex FU3229 ORDRE-104804. Final Report. Denmark: Force Technology, 2007.

5. Алехнович А.Н., Богомолов В.В., Гладков В.Е., Артемьева Н.В. Шлакование и образование отложений в газовом тракте котла // Теплоэнергетика. 1997. № 3. С. 64-68.

6. Чернявский Н.В., Филиппенко Ю.Н., Рудавина Е.В. Вклад продуктов разложения минеральной части угля в результаты определения калорийности и выхода летучих веществ // Исследования и опыт сжигания топлив: Сб. докл. V научно-практ. конф. «Минеральная часть топлива, шлакование, очистка котлов, улавливание и использование золы» (Челябинск, 7-9 июня 2011 г.). Т. 1. Челябинск: ОАО «ИЦЭУ», 2011. С. 87-95.

7. Холманский А.С., Чирков В.Г., Сорокина Е.Ю. Влияние химической структуры органического и биологического сырья на выход и состав газообразных продуктов его пиролиза // Математическая морфология. Электронный математический и медико-биологический журнал. Т. 9. Вып. 4. 2010. URL: http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-28-html/kholmanskiy/kholmanskiy.htm .

8. Расчеты аппаратов кипящего слоя: Справочник / Под ред. И.П. Мухленова, В.С. Сажина, В.Ф. Фролова. Л.: Химия, 1986.

9. Ананенко К.Е., Кузьмичев Д.В., Верхотуров М.В. Об одном из способов увеличения насыпной плотности дисперсных материалов // Материалы VII Конгресса обогатителей стран СНГ (Москва, 2-4 марта 2009 г.). М.: МИСиС, 2009.

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 07 (111) 2012

© Scientific Technical Centre «TATA», 2012

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.