Актуальность применения твердотопливной смеси на основе бурого угля Большесырского разреза и отходов лесоперерабатывающей промышленности из березы в энергетических установках

Цель – определение возможности применения твердотопливной смеси на основе бурого угля Большесырского разреза и отходов лесоперерабатывающей промышленности из березы в энергетических установках с учетом наличия синергетических взаимодействий между компонентами смеси. Для определения основных характеристик процесса горения угля, биомассы и их смесей использовался синхронный термический анализ. Неизотермический нагрев проводился со скоростью 20°С/мин в диапазоне температур 25 –800°С в потоке воздуха с расходом 50 мл/мин, масса навески составляла около 6 мг. Для угля и биомассы в соответствии со стандартными методиками были проведены технический анализ и элементный. В работе описаны преимущества и недостатки при переводе энергетических установок, сжигающих твердое ископаемое топливо, на твердотопливную смесь угля и биомассы. Определены основные характеристики горения угля, биомассы и их смесей. Температура, при которой происходит воспламенение коксового остатка угля, составляет 365°С, биомассы – 299°С. Температура, при которой завершается процесс горения угля – 551°С, а биомассы – 464°С. Показано, что горение биомассы проходит в области более низких температур по сравнению с углем за счет высокого содержания летучих веществ. Установлено, что добавление биомассы к углю снижает температуру, при которой происходит воспламенение коксового остатка и завершается процесс горения. При анализе процесса горения летучих веществ и коксового остатка обнаружены как положительные, так и отрицательные синергетические взаимодействия между частицами угля и биомассы, влияющие на максимальную скорость горения и реакционную способность смесей. Полученные результаты можно применять при проектировании энергетических установок, сжигающих твердотопливные смеси на основе угля и биомассы.

1. Zhou Zhiyong, Lu Jianyi, Feng Qian, Liu Wenting. Review on occurrence, speciation, transition and fate of sulfur in typical ultra-low emission coal-fired power plants // Journal of the Energy Institute. 2022. Vol. 100. P. 259–276. https://doi.org/10.1016/j.joei.2021.12.004.

2. Zhuikov A.V., Matyushenko A.I., Panfilov V.I. Nastevich O.E. Experience of using synthetic gas as the main fuel in an industrial heating boiler house // Power Technology and Engineering. 2021. Vol. 55. Iss. 1. P. 92 –95. https://doi.org/10.1007/s10749-021-01325-z.

3. Merzic A., Turkovic N., Ikanovic N., Lapandic E., Kazagic A., Music M. Towards just transition of coal regions Cultivation of short rotation copies and dedicated energy crops for biomass co-firing vs photo voltaic power plants // Energy Conversion and Management: X. 2022. Vol. 15. Р. 100267. https://doi.org/10.1016/j.ecmx.2022.100267.

4. Xiao Zhongzheng, Wang Shuzhong, Luo Ming, Cai Jianjun. Combustion characteristics and synergistic effects during co-combustion of lignite and lignocellulosic components under oxy-fuel condition // Fuel. 2022. Vol. 310. Part. В. Р. 122399. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.122399.

5. Armakan S., Civan M., Yurdakul S. Determining co-combustion characteristics, kinetics and synergy behaviors of raw and torrefied forms of two distinct types of biomass and their blends with lignite // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2022. Vol. 147. Iss. 22. P. 12855–12869. https://doi.org/10.1007/s10973-022-11432-2.

6. Рябов Г.А. Совместное сжигание биомассы и ископаемых топлив – путь к декарбонизации производства тепла и электроэнергии (Обзор) // Теплоэнергетика. 2022. № 6. С. 17–32. https://doi.org/10.1134/S0040363622060054.

7. Rahman A., Farrok O., Haque M.M. Environmental impact of renewable energy source based electrical power plants: Solar, wind, hydroelectric, biomass, geothermal, tidal, ocean, and osmotic // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2022. Vol. 161. Р. 112279. https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112279.

8. Saidur R., Abdelaziz E.A., Demirbas A., Hossain M.S., Mekhilef S. A review on biomass as a fuel for boilers // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2011. Vol. 15. Iss. 5. p. 2262–2289. https://doi.org/10.1016/j.rser.2011.02.015.

9. Unchaisri T., Fukuda S. Investigation of ash formation and deposit characteristics in CFB co-combustion of coal with various biomass fuels // Journal of the Energy Institute. 2022. Vol. 105. P. 42–52. https://doi.org/10.1016/j.joei.2022.08.005.

10. Сосин Д.В., Литун Д.С., Рыжий И.А., Штегман А.В., Шапошников Н.А. Опыт сжигания лузги подсолнечника в пылеугольных котлах Кумертауской ТЭЦ // Теплоэнергетика. 2020. № 1. С. 15–22. https://doi.org/10.1134/S0040363619120099.

11. Melikoglu M. Vision 2023: status quo and future of biomass and coal for sustainable energy generation in Turkey // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2017. Vol. 74. P. 800–808. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.03.005.

12. Ashraf A., Sattar H., Munir S. A comparative performance evaluation of co-combustion of coal and biomass in drop tube furnace // Journal of the Energy Institute. 2022. Vol. 100. P. 55–65. https://doi.org/10.1016/j.joei.2021.10.008.

13. Allguren T., Andersson K., Fry A., Eddings E.G. NO formation during co-combustion of coal with two thermally treated biomasses // Fuel Processing Technology. 2022. Vol. 235. Р. 107365. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2022.107365.

14. Wang Shusen, Zou Chun, Lou Chun, Yang Haiping, Pu Yang, Luo Jianghui, et al. Influence of the synergistic effects between coal and hemicellulose/cellulose/lignin on the co-combustion of coal and lignocellulosic biomass // Fuel. 2022. Vol. 311. Р. 122585. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.122585.

15. Cong Kunlin, Han Feng, Zhang Yanguo, Li Qinghai. The investigation of co-combustion characteristics of tobacco stalk and low rank coal using a macro-TGA // Fuel. 2019. Vol. 237. P. 126–132. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.09.149.

16. Guo Feihong, He Yi, Hassanpour Ali, Gardy Jabbar, Zhong Zhaoping. Thermogravimetric analysis on the co-combustion of biomass pellets with lignite and bituminous coal // Energy. 2020. Vol. 197. Р. 117147. https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.117147.

17. Glushkov D.O., Matiushenko A.I., Nurpeiis A.E., Zhuikov A.V. An experimental investigation into the fuel oil -free startup of a coal-fired boiler by the main solid fossil fuel with additives of brown coal, biomass and charcoal for ignition enhancement // Fuel Processing Technology. 2021. Vol. 223. Р. 106986. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2021.106986.

18. Жуйков А.В., Логинов Д.А., Монгуш Г.Р., Чичерин С.В., Землянский Н.А. Термогравиметрический анализ горения каменных углей Республики Тыва до и после их карбонизации // iPolytech Journal. 2022. Т. 26. № 2. С. 270–283. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2022-2-270-2835.

19. Larina O.M., Sinelshchikov V.A., Sytchev G.A. Thermogravimetric analysis of fuel blends of biomass and high-ash coalcontaining Waste // High Temperature. 2020. Vol. 58. Iss. 5. P. 710–715. https://doi.org/10.1134/S0018151X20050041.

20. Chen Lichun, Wen Chang, Wang Wenyu, Liu Tianyu, Liu Enze, Liu Haowen, et al. Combustion behaviour of biochars thermally pretreated via torrefaction, slow pyrolysis, or hydrothermal carbonisation and co-fired with pulverised coal // Renewable Energy. 2020. Vol. 161. P. 867–877. https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.06.148.