Применение коксозольного остатка в качестве энергетического топлива на объектах теплоэнергетики

  • Андрей [Andrey] Владимирович [V.] Жуйков [Zhuikov]
Ключевые слова: коксозольный остаток, уголь, сжигание, термогравиметрический анализ, энергетическое топливо, ресурсосбережение

Аннотация

Цель исследования — предварительная оценка возможности применения коксозольного остатка в качестве энергетического топлива.

Коксозольный остаток получен в процессе газификации балахтинского бурого угля Канско-Ачинского угольного бассейна в технологическом процессе выработки генераторного газа, используемого в качестве энергетического топлива для котлов. Для достижения поставленной цели проведен технический и элементный анализ топлива. С помощью термогравиметрического метода при трех разных скоростях нагрева в потоке воздуха установлены интервалы температур основных этапов, входящих в процесс горения, а также типичные характеристики горения. Благодаря методу растровой электронной микроскопии проведен качественный анализ поверхностей топливных частиц на наличие пор, трещин, каналов. Методом пересечения кривых найдены температуры зажигания и выгорания коксового остатка. Средние температуры зажигания и выгорания составили 466 и 685 °С. По профилям кривых убыли массы определено процентное уменьшение массы топлива на всех этапах процесса горения. По профилям кривых скорости изменения массы получена максимальная скорость реакции при всех скоростях нагрева. С помощью дифференциальной сканирующей калориметрии при разных скоростях нагрева установлены эндотермические и экзотермические эффекты, определена максимальная интенсивность теплового потока. Полученные результаты целесообразно применять при проектировании генерирующих устройств и систем на объектах теплоэнергетики. Коксозольный остаток с теплотой сгорания 15,1 МДж/кг и содержанием летучих веществ 11,8% может использоваться в качестве бездымного энергетического топлива.

Сведения об авторе

Андрей [Andrey] Владимирович [V.] Жуйков [Zhuikov]

кандидат технических наук, заведующий учебно-научной лабораторией кафедры теплотехники и гидрогазодинамики Политехнического института Сибирского федерального университета, e-mail: azhuikov@sfu-kras.ru

Литература

1. Жуйков А.В., Матюшенко А.И., Панфилов В.И., Настевич О.Е. Опыт применения искусственного газа на промышленно-отопительной котельной в качестве основного топлива // Электрические станции. 2020. № 11. С. 9—13.
2. Исламов С.Р. Термическая переработка как новый уровень обогащения угля // Уголь. 2020. № 5. С. 50–55.
3. Логинов Д.А., Черных А.П., Исламов С.Р. Экспериментальное исследование влияние давления на процесс полукоксования бурого угля // Химия твердого топлива. 2021. № 2. С. 67—70.
4. Cao Y., Liu Y., Li Z., Zong P., Hou J., Zhang Q., Gou X. Synergistic Effect, Kinetics, and Pollutant Emission Characteristics of Сo-combustion of Polymer-containing Oily Sludge and Cornstalk Using TGA and Fixed-bed Reactor // Renewable Energy. 2022. V. 185. Pp. 748—758.
5. Rago Y.P., Collard F.-X., Görgens J.F., Surroop D., Mohee R. Co-combustion of Torrefied Biomass-plastic Waste Blends with Coal Through TGA: Influence of Synergistic Behavior // Energy. 2022. V. 239. P. 121859.
6. Богомолов А.Р., Петров И.Я., Жалмагамбетова У.К. Термический анализ углей казахстанских месторождений // Теплоэнергетика. 2020. № 3. С. 24—32.
7. Laougé Z.B., Merdun H. Investigation of Thermal Behavior of Pine Sawdust and Coal During Co-pyrolysis and Co-combustion // Energy. 2021. V. 231. P. 120895.
8. Deng S., Tan H., Wei B., Wang X., Yang F., Xiong X. Investigation on Combustion Performance and Ash Fusion Characteristics of Zhundong Coal Co-combustion with Coal Gangue // Fuel. 2021. V. 294. P. 120555.
9. Atimtay A., Yurdakul S. Combustion and Co-Combustion Characteristics of Torrefied Poultry Litter with Lignite // Renewable Energy. 2020. V. 148. Pp. 1292—1301.
10. Cong K., Han F., Zhang Y., Li Q. The Investigation of Co-combustion Characteristics of Tobacco Stalk and Low Rank Coal Using a Macro-TGA // Fuel. 2019. V. 237. Pp. 126—132.
11. Glushkov D.O., Matiushenko A.I., Nurpeiis A.E., Zhuikov A.V. An Experimental Investigation Into the Fuel Oil-free Start-up of a Coal-fired Boiler by the Main Solid Fossil Fuel with Additives of Brown Coal, Biomass and Charcoal for Ignition Enhancement // Fuel Process. Technol. 2021. V. 223. P. 106986.
12. Oladejo J.M., Adegbite S., Pang C.H., Liu H., Parvez A.M., Wu T. A Novel Index for the Study of Synergistic Effects During the Co-processing of Coal and Biomass // Appl. Energy. 2017. V. 188. Pp. 215—225.
13. Moon C., Sung Y., Ahn S., Kim T., Choi G., Kim D. Effect of Blending Ratio on Combustion Performance in Blends of Biomass and Coals of Different Ranks // Exp. Therm. Fluid Sci. 2013. V. 47. Pp. 232—240.
14. Seggiani M., Vitolo S., Pastorelli M., Ghetti P. Combustion Reactivity of Different Oil-fired Fly Ashes as Received and Leached // Fuel. 2007. V. 86. Pp. 1885—1891.
15. Liu H., Gong S., Jia C., Wang Q. TG-FTIR Analysis of Co-combustion Characteristics of Oil Shale Semi-coke and Corn straw // J. Therm. Anal. Calorim. 2017. V. 127. Pp. 2531—2544.
16. Liu Z., Quek A., Kent Hoekman S., Srinivasan M.P., Balasubramanian R. Thermogravimetric Investigation of Hydrochar-lignite Co-combustion // Bioresour. Technol. 2012. V. 123. Pp. 646—652.
17. Ding G., He B., Yao H., Cao Y., Su L., Duan Z. Co-combustion Behaviors of Municipal Solid Waste and Low-rank Coal Semi-coke in Air or Oxygen/carbon Dioxide Atmospheres // J. Therm. Anal. Calorim. 2021. V. 143. Pp. 619—635.
18. Wang C., Wang F., Yang Q., Liang R. Thermogravimetric Studies of the Behavior of Wheat Straw with Added Coal During Combustion // Biomass Bioenergy. 2009. V. 33. Pp. 50—56.
19. Li X.G., Ma B.G., Xu L., Hu Z-W., Wang X-G. Thermogravimetric Analysis of the Co-combustion of the Blends with High Ash Coal and Waste Tyres // Thermochim. Acta. 2006. V. 441. Pp. 79—83.
20. Lu J-J., Chen W-H. Investigation on the Ignition and Burnout Temperatures of Bamboo and Sugarcane Bagasse by Thermogravimetric Analysis // Appl. Energy. 2015. V. 160. Pp. 49—57.
21. Niu S.L., Han K.H., Lu C.M. Characteristic of Coal Combustion in Oxygen/carbon Dioxide Atmosphere and Nitric Oxide Release During This Process // Energy Conversion Management. 2011. V. 52. Pp. 532—537.
22. Bala-Litwiniak A., Zajemska M. Computational and Experimental Study of Pine and Sunflower Husk Pellet Combustion and Co-combustion with Oats in Domestic Boiler // Renew. Energy. 2020. V. 162. Pp. 151—159.
23. Жуйков А.В. и др. Использование смесевого топлива на основе бурого угля и продуктов его термической переработки в топках энергетических котлов // Журнал Сибирского федерального университета. Серия «Техника и технологии». 2021. Т. 14. № 1. С. 106—116.
24. Zhuikov A.V., Zemlyanskiy N.A., Chicherin S.V., Junussova L.R., Yelemanova A.A., Grishina I.I. The research of Combustion of Solid Fuel Mixture Based on Low Degree Coals of Metamorphism of the Kansko-Achinsky Coal Basin // J. Phys. Conf. Ser. 2022. V. 2211(1). P. 012001.
---
Для цитирования: Жуйков А.В. Применение коксозольного остатка в качестве энергетического топлива на объектах теплоэнергети-ки // Вестник МЭИ. 2022. № 6. С. 104—109. DOI: 10.24160/1993-6982-2022-6-104-109
---
Работа выполнена при поддержке: Красноярского краевого фонда науки в рамках проекта «Концепция развития теплоэнергетики Красноярского края»
#
1. Zhuykov A.V., Matyushenko A.I., Panfilov V.I., Nastevich O.E. Opyt Primeneniya Iskusstvennogo Gaza na Promyshlenno-otopitel'noy Kotel'noy v Kachestve Osnovnogo Topliva. Elektricheskie stantsii. 2020;11:9—13. (in Russian).
2. Islamov S.R. Termicheskaya Pererabotka kak Novyy Uroven' Obogashcheniya Uglya. Ugol'. 2020;5:50–55. (in Russian).
3. Loginov D.A., Chernykh A.P., Islamov S.R. Eksperimental'noe Issledovanie Vliyanie Davleniya na Protsess Polukoksovaniya Burogo Uglya. Khimiya Tverdogo Topliva. 2021;2:67—70. (in Russian).
4. Cao Y., Liu Y., Li Z., Zong P., Hou J., Zhang Q., Gou X. Synergistic Effect, Kinetics, and Pollutant Emission Characteristics of So-combustion of Polymer-containing Oily Sludge and Cornstalk Using TGA and Fixed-bed Reactor. Renewable Energy. 2022;185:748—758.
5. Rago Y.P., Collard F.-X., Görgens J.F., Surroop D., Mohee R. Co-combustion of Torrefied Biomass-plastic Waste Blends with Coal Through TGA: Influence of Synergistic Behavior. Energy. 2022;239:121859.
6. Bogomolov A.R., Petrov I.Ya., Zhalmagambetova U.K. Termicheskiy Analiz Ugley Kazakhstanskikh Mestorozhdeniy. Teploenergetika. 2020;3:24—32. (in Russian).
7. Laougé Z.B., Merdun H. Investigation of Thermal Behavior of Pine Sawdust and Coal During Co-pyrolysis and Co-combustion. Energy. 2021;231:120895.
8. Deng S., Tan H., Wei B., Wang X., Yang F., Xiong X. Investigation on Combustion Performance and Ash Fusion Characteristics of Zhundong Coal Co-combustion with Coal Gangue. Fuel. 2021;294:120555.
9. Atimtay A., Yurdakul S. Combustion and Co-Combustion Characteristics of Torrefied Poultry Litter with Lignite. Renewable Energy. 2020;148:1292—1301.
10. Cong K., Han F., Zhang Y., Li Q. The Investigation of Co-combustion Characteristics of Tobacco Stalk and Low Rank Coal Using a Macro-TGA. Fuel. 2019;237:126—132.
11. Glushkov D.O., Matiushenko A.I., Nurpeiis A.E., Zhuikov A.V. An Experimental Investigation Into the Fuel Oil-free Start-up of a Coal-fired Boiler by the Main Solid Fossil Fuel with Additives of Brown Coal, Biomass and Charcoal for Ignition Enhancement. Fuel Process. Technol. 2021;223:106986.
12. Oladejo J.M., Adegbite S., Pang C.H., Liu H., Parvez A.M., Wu T. A Novel Index for the Study of Synergistic Effects During the Co-processing of Coal and Biomass. Appl. Energy. 2017;188:215—225.
13. Moon C., Sung Y., Ahn S., Kim T., Choi G., Kim D. Effect of Blending Ratio on Combustion Performance in Blends of Biomass and Coals of Different Ranks. Exp. Therm. Fluid Sci. 2013;47:232—240.
14. Seggiani M., Vitolo S., Pastorelli M., Ghetti P. Combustion Reactivity of Different Oil-fired Fly Ashes as Received and Leached. Fuel. 2007;86:1885—1891.
15. Liu H., Gong S., Jia C., Wang Q. TG-FTIR Analysis of Co-combustion Characteristics of Oil Shale Semi-coke and Corn straw. J. Therm. Anal. Calorim. 2017;127:2531—2544.
16. Liu Z., Quek A., Kent Hoekman S., Srinivasan M.P., Balasubramanian R. Thermogravimetric Investigation of Hydrochar-lignite Co-combustion. Bioresour. Technol. 2012;123:646—652.
17. Ding G., He B., Yao H., Cao Y., Su L., Duan Z. Co-combustion Behaviors of Municipal Solid Waste and Low-rank Coal Semi-coke in Air or Oxygen/carbon Dioxide Atmospheres. J. Therm. Anal. Calorim. 2021;143:619—635.
18. Wang C., Wang F., Yang Q., Liang R. Thermogravimetric Studies of the Behavior of Wheat Straw with Added Coal During Combustion. Biomass Bioenergy. 2009;33:50—56.
19. Li X.G., Ma B.G., Xu L., Hu Z-W., Wang X-G. Thermogravimetric Analysis of the Co-combustion of the Blends with High Ash Coal and Waste Tyres. Thermochim. Acta. 2006;441:79—83.
20. Lu J-J., Chen W-H. Investigation on the Ignition and Burnout Temperatures of Bamboo and Sugarcane Bagasse by Thermogravimetric Analysis. Appl. Energy. 2015;160:49—57.
21. Niu S.L., Han K.H., Lu C.M. Characteristic of Coal Combustion in Oxygen/carbon Dioxide Atmosphere and Nitric Oxide Release During This Process. Energy Conversion Management. 2011;52:532—537.
22. Bala-Litwiniak A., Zajemska M. Computational and Experimental Study of Pine and Sunflower Husk Pellet Combustion and Co-combustion with Oats in Domestic Boiler. Renew. Energy. 2020;162:151—159.
23. Zhuykov A.V. i dr. Ispol'zovanie Smesevogo Topliva na Osnove Burogo Uglya i Produktov Ego Termicheskoy Pererabotki v Topkakh Energeticheskikh Kotlov. Zhurnal Sibirskogo Federal'nogo Universiteta. Seriya «Tekhnika i Tekhnologii». 2021;14;1:106—116. (in Russian).
24. Zhuikov A.V., Zemlyanskiy N.A., Chicherin S.V., Junussova L.R., Yelemanova A.A., Grishina I.I. The research of Combustion of Solid Fuel Mixture Based on Low Degree Coals of Metamorphism of the Kansko-Achinsky Coal Basin. J. Phys. Conf. Ser. 2022;2211(1):012001.
---
For citation: Zhuikov A.V. The Use of Coke Ash Residue as Power Generating Fuel at Thermal Power Facilities. Bulletin of MPEI. 2022;6:104—109. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2022-6-104-109
---
The work is executed at support: Krasnoyarsk Regional Science Foundation within the Framework of the Project «The Concept of Development of Thermal Power Engineering of the Krasnoyarsk Territory»
Опубликован
2022-05-05
Раздел
Теоретическая и прикладная теплотехника (технические науки) (2.4.6)