1. Что такое пиролизный котел?
2. Типы и технические характеристики котлов Буржуа К
3. Преимущества и недостатки
4. Особенности установки
5. Что говорят владельцы котлов Буржуа К

Многие владельцы частных домов все чаще выбирают в качестве источника отопления пиролизный котел.Однако импортные устройства имеют заметно высокую стоимость. Не так давно на отечественном рынке появились твердотопливные котлы пиролизного типа российского производства под маркой Буржуй К. За это время они заслужили множество лестных отзывов как от потребителей, так и от профессионалов. В этой статье мы разберем модельный ряд котлов Буржуа К и посмотрим, в чем их основные преимущества. Итак, приступим.

Что такое пиролизный котел?

Пиролиз – это метод сухой перегонки твердого топлива.Под воздействием высокой температуры он разлагается на твердую и газообразную составляющие, которые затем сжигаются по отдельности.

Фото 1: Отопительный водогрейный пиролизный котел Буржуа К

1. С ручной регулировкой расхода воздуха

   Регулировка количества подаваемого воздуха осуществляется с помощью регулировочного болта.

2. С автоматической регулировкой

   Количество подаваемого воздуха автоматически регулируется механическим регулятором температуры

3. С автоматическим регулированием и контуром FGW

   Помимо наличия автоматической подачи воздуха, твердотопливный котел двухконтурный, т. е.е. оборудован дополнительным контуром горячего водоснабжения.

Твердотопливные котлы Буржуй К могут работать на следующих видах топлива:

• дрова;
• уголь любой марки;
• Отходы деревообработки.

В качестве переноски используется следующее:

• вода;
• незамерзающая жидкость.

Завод выпускает эти три модификации пиролизных котлов мощностью 10, 20, 50 и 100 кВт.Ниже представлена ​​таблица моделей, представленных на официальном сайте:

В дополнение к вышеперечисленным устройствам компания «БУРЖУЙ-К» анонсировала выпуск новой модели с электрическим ТЭНом.

Рассмотрим также другие технические характеристики твердотопливных котлов Буржуа К:

• Эффективность 85%;
• Масса от 180 до 900 кг в зависимости от мощности пиролизного котла;
• Максимальная рабочая температура 90°С;
• Температура газа на выходе до 150С;
• Минимально допустимая высота трубы от 7 до 13 м;
• Диаметр дымохода от 150 до 250мм.

Преимущества и недостатки

Буржуй К имеют ряд преимуществ, благодаря которым заняли лидирующее место по продажам среди приборов отечественного производства. Рассмотрим их преимущества подробнее:

• теплоизоляция

  Все модификации котлов Буржуа-К оснащены надежной теплоизоляцией из минеральной ваты.Это позволит вам значительно снизить теплопотери и сократить расходы на отопление вашего дома.

• стальной чемодан

  Корпус, как и все остальные узлы, изготовлены из специальной жаропрочной и коррозионностойкой стали, разработанной специально для производства котлов и способной работать под давлением. Устройство содержит более 200 различных частей.

• с порошковым покрытием

  Порошковая окраска защищает корпус твердотопливного котла от влаги и различных солей и кислот.Такое покрытие не боится высоких температур и имеет высокие показатели стойкости к истиранию и прочности, что позволит надолго сохранить достойный внешний вид котла.

• автоматический контроль горения

  Благодаря наличию механического регулятора температуры значительно снижается возможность перегрева. Соблюдение необходимого температурного режима продлит срок службы как самого пиролизного котла, так и всей системы отопления в целом.

• энергонезависимость

  Отсутствие в конструкции узлов, требующих электроснабжения, дает неоспоримые преимущества при использовании в районах, удаленных от линий электропередач.

• наличие цепи БСВ

  Помимо выполнения своей основной функции — отопления помещений, двухконтурный пиролизный котел Буржуй К способен производить горячую воду для санитарно-бытовых нужд.

• рентабельность

  За счет использования принципа пиролиза достигается высокая топливная экономичность.При работе котла остается небольшое количество золы, а газообразные отходы почти полностью состоят из водяного пара.

Твердотопливный котел «Буржуй-К Стандарт-10» мощностью 10 кВт, работающий по принципу пиролизного горения, предназначен для отопления жилых и малых промышленных объектов площадью до 90 м 2 (с высота потолков до 3 метров) оборудованы водяными системами отопления с естественной или принудительной циркуляцией. Как и все пиролизные котлы «Буржуй-К», данная модель отличается максимально эффективными процессами полного сгорания топлива и теплоотдачи.

Котел Буржуй-К Стандарт-10 представляет собой цельносварную конструкцию из жаропрочной и коррозионностойкой стали, состоящую из нескольких камер сгорания. Камера подачи и газификации первичного воздуха (нижняя), камера дожигания газа и камера подогрева и подачи вторичного воздуха (верхняя). Дополнительным оснащением является металлический корпус котла с термостойким покрытием и базальтовым утеплителем, что обеспечивает качественную теплоизоляцию котла.

Процесс газификации древесины (пиролиз) происходит в нижней камере котла (топке или загрузочном пространстве) под воздействием тепла и при ограниченном доступе воздуха.Образовавшийся древесный газ поступает в верхнюю камеру дожигания, где смешивается с уже подогретым вторичным воздухом. Газовоздушная смесь воспламеняется и отдает полученное тепло котловой воде через поверхности теплообмена. Благодаря такому управлению процессом горения достигается быстрый нагрев элементов котла, что способствует чистому горению при полной или частичной нагрузке. Пиролизный метод сжигания твердого топлива и специальная конструкция камер сгорания обеспечивают высокую производительность котла при низком расходе топлива.

Основным видом топлива для котла Буржуй-К Стандарт-10 являются дрова (поленья диаметром от 40 до 100 мм, предельно допустимая влажность 20%), кусковой торф и брикетированное топливо. В качестве альтернативы можно использовать уголь с калорийностью до 6000 Ккал и крупностью не менее 40 мм. Тип древесины и ее влажность оказывают решающее влияние на мощность, КПД котла и интервал загрузки топлива. Для достижения номинальной мощности максимально допустимая влажность древесины не должна превышать 20%.Период непрерывной работы на одной закладке составляет примерно 6-12 часов в зависимости от технических параметров системы отопления, плотности, вида и качества топлива, а также температуры наружного воздуха. Таким образом, топить печь можно всего пару раз в день, что является существенным преимуществом пиролизного котла перед традиционным (прямого горения), при этом расход дров снижается как минимум на треть.

Вода, используемая в качестве теплоносителя, должна быть чистой и иметь значение pH выше 7.2 с минимальной карбонатной жесткостью. Вместо воды допускается использовать специальный антифриз для систем отопления, но нужно учитывать, что мощность системы отопления при этом значительно снизится.

Температура теплоносителя на выходе из котла регулируется автоматическим регулятором тяги, входящим в комплект поставки. Под действием цепи, натянутой регулятором, контрольная заслонка подачи первичного воздуха будет открываться при снижении температуры и закрываться, как только температура воды начинает повышаться.

Продукты сгорания в этом пиролизном котле удаляются после охлаждения естественной тягой. Выходящий дым состоит в основном только из углекислого газа и не содержит агрессивных или опасных веществ. При этом золы образуется в гораздо меньшем количестве, чем в котле прямого сжигания, и отсутствует сажа. Все это снижает частоту уборки и значительно упрощает процесс.

Котел длительного горения «Буржуй-К Стандарт-10» не зависит от электричества и достаточно прост в эксплуатации.

Основные особенности и преимущества котла Буржуй-К Стандарт-10:

• Максимальная тепловая мощность: 10 кВт
• Стабильно высокий КПД: 82-92%
• Пиролизное сжигание топлива
• Все элементы котла из тепла -стойкая, коррозионностойкая сталь (толщина стенки не менее 5 мм)
• Полная автономность и энергонезависимость
• Специальная конструкция камеры сгорания
• Эффективная работа практически на любом твердом топливе
• Экономичный расход топлива
• Возможность работа до 12 часов на одной закладке дров при минимальной мощности (и до 15 часов на угле)
• Экологичность: минимальное количество выделяемых вредных веществ
• Уникальная колосниковая система (колосники в комплекте)
• Возможность использования антифриза в качестве теплоносителя
• Оснащен автоматическим регулятором тяги
• Удаление продуктов сгорания естественной тягой 9000 6
• Горизонтальный дымоход с заслонкой (вертикальный — по запросу)
• Минимальная высота дымохода: 7 метров
• Не требует частой чистки (низкая зольность)
• Простая интеграция в существующую систему отопления
• Небольшой размер по сравнению с мощностью мощность
• Надежность, безопасность и долговечность
• Простота эксплуатации и обслуживания
• Отличное сочетание цены и качества

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

границ | Разработка и эксплуатация многотопливного бытового котла, сжигающего сельскохозяйственные отходы

Введение

Рост населения, истощение и рост стоимости ископаемого топлива и климатический кризис во всем мире требуют быстрого развития технологий возобновляемых источников энергии с минимальным воздействием на окружающую среду.Топливо из биомассы обладает замечательным потенциалом для удовлетворения этих потребностей из-за его изобилия, низкой стоимости и сокращения выбросов парниковых газов. К 2050 году за счет биомассы можно будет удовлетворить до 33–50% мирового потребления в настоящее время (McKendry, 2002).

ЕС поставил цель увеличить долю возобновляемых источников энергии в общем энергопотреблении до 27% к 2030 году (EU, 2014). Древесное топливо преимущественно использовалось как в крупных, так и в малых системах для производства тепла или электроэнергии. Однако растущая конкуренция за такие виды топлива в секторе отопления, лесопиления и бумажной промышленности, а также увеличение производства древесных гранул привели к повышению цен на древесину и дефициту сырья (Uslo et al., 2010). Таким образом, для достижения цели роста использования биомассы потребуется более широкий ассортимент сырья (Carvalho et al., 2013; Cardozo et al., 2014; Zeng et al., 2018), что создаст дополнительную потребность в топливе. технологии обработки и контроля выбросов.

Для стран Южной Европы, где бытовое отопление с использованием биомассы в качестве более дешевой альтернативы растет, сельскохозяйственные и агропромышленные отходы являются предпочтительным сырьем. Они легко доступны в больших количествах и обладают высоким энергетическим потенциалом, уменьшая за счет сжигания объем отходов и увеличивая экономическую отдачу для сельских общин. В Греции доступно около 4 миллионов тонн/год, что эквивалентно примерно 50% валового потребления энергии (Vamvuka and Tsoutsos, 2002; Vamvuka, 2009).

Наиболее распространенными типами бытовых устройств для сжигания топлива являются дровяные печи, дровяные котлы, печи на пеллетах и ​​устройства для сжигания щепы. Помимо дровяных печей и обычных котлов с бесконечными шнеками, используются котлы смешанного сжигания, отличающиеся надстройками автоматизации, решениями для хранения и различными механизмами подачи (Vamvuka, 2009; Sutar et al., 2015; Ан и Джанг, 2018). В предыдущих исследованиях изучались выбросы дымовых газов, эффективность и проблемы, связанные с золой, при сжигании сельскохозяйственных отходов. Крупногабаритные установки или небольшие котлы на пеллетах для домашнего или жилого центрального отопления, некоторые из которых используют верхнюю подачу, вращающиеся или движущиеся решетки (Vamvuka, 2009; Carvalho et al., 2013; Rabacal et al., 2013; Garcia-Maraver et al., 2014). ; Pizzi et al., 2018; Zeng et al., 2018; Nizetic et al., 2019). Однако до сих пор недостаточно информации о характеристиках негранулированного сырья с точки зрения эффективности и выбросов загрязняющих веществ в соответствии с пороговыми значениями в зависимости от различных конструкций малых систем и условий эксплуатации.В основном использовалась древесная щепа (Kortelainen et al., 2015; Caposciutti and Antonelli, 2018), в то время как разработка котлов в странах Средиземноморья идет медленно.

Было доказано, что маломасштабные системы биомассы вносят значительный вклад в качество местного воздуха за счет выбросов загрязняющих веществ, таких как CO, SO ₂ , NO _x , полиароматических углеводородов и твердых частиц, которые могут серьезно повлиять на здоровье человека и климат. Эти выбросы зависят от свойств топлива, применяемой технологии и условий процесса, и их мониторинг и контроль очень важны для соблюдения экологических ограничений и экономической эффективности требований рынка. Было обнаружено, что выбросы CO колеблются между 600 и 680 ppm _v для персиковых косточек (Rabacal et al., 2013), 50–400 ppm _v для скорлупы бразильских орехов и 100–400 ppm _v для шелухи подсолнечника ( Кардозо и др., 2014). Было показано, что выбросы NO _x находятся в диапазоне от 300 до 600 мг/м 91 563 3 91 564 для персиковых косточек (Rabacal et al., 2013), 180–270 мг/м 91 563 3 91 564 для скорлупы бразильских орехов и 50–720 мг. /m ³ для лузги подсолнечника (Cardozo et al., 2014). Для последнего выбросы SO ₂ варьировались от 78 до 150 мг/м ³ .Сообщалось, что КПД котла (Rabacal et al., 2013; Fournel et al., 2015) находится в диапазоне от 63 до 83% в зависимости от типа топлива.

Поскольку сельскохозяйственные отходы доступны только в ограниченные периоды в течение года, их смеси увеличат возможности снабжения действующих предприятий. Однако при использовании смесей в качестве исходного сырья необходимо должным образом оценить совместимость топлив с точки зрения характеристик сгорания для обеспечения эффективной конструкции и работы установок для сжигания. Изменчивый состав этих материалов предполагает тщательное знание их поведения в тепловых системах, чтобы избежать топливных комбинаций с нежелательными свойствами. Насколько известно авторам, смеси таких отходов, найденные по низкой цене или бесплатно, не исследовались в бытовых приборах. Для определения выбросов твердых частиц и образования шлака использовались только гранулы древесного топлива или энергетических культур (Carroll and Finnan, 2015; Sippula et al., 2017; Zeng et al., 2018).

Исходя из вышеизложенного, целью настоящего исследования было сравнить поведение при горении отдельных негранулированных сельскохозяйственных отходов, которые в изобилии имеются в странах Южной Европы, и их смесей, чтобы исследовать любые аддитивные или синергетические эффекты между топливными компонентами и получить знания об использовании таких смесей в небольших котлах.Цель состояла в том, чтобы оценить производительность прототипа малоинвестиционной установки для сжигания, позволяющей предварительно осушать топливо и воздух для горения выхлопными газами, для производства тепловой энергии в зданиях, фермах, малых предприятиях и теплицах с точки зрения важных такие параметры, как КПД сгорания и котла, температура дымовых газов и выбросы в окружающую среду.

Экспериментальная секция

Топливо и характеристика

Сельскохозяйственные отходы для этого исследования были отобраны на основе их изобилия и доступности в Греции и странах Средиземноморья в целом.Это были ядра оливок (ОК), предоставленные AVEA Chania Oil Cooperatives (Южная Греция), ядра персиков (PK), предоставленные Союзом сельскохозяйственных кооперативов Янницы (Северная Греция), скорлупа миндаля (AS), предоставленная частной компанией ( Agrinio, C. Греция) и скорлупа грецкого ореха (WS), предоставленная компанией Hohlios (Северная Греция).

После воздушной сушки, гомогенизации и измельчения материалы измельчали ​​до размера частиц <6 мм с помощью щековой дробилки и сухого вибрационного просеивания. Репрезентативные образцы были измельчены до размера частиц -425 мкм с помощью режущей мельницы и охарактеризованы экспресс-анализом, предельным анализом и теплотворной способностью в соответствии с европейскими стандартами CEN/TC335.Содержание летучих определяли термогравиметрическим анализом на установке ТГА-6/ДТГ в интервале температур 25–900°С, потоке азота 45 мл/мин и линейной скорости нагрева 10°С/мин. Химический анализ золы проводили на рентгенофлуоресцентном спектрофотометре (XRF) типа Bruker AXS S2 Ranger (анод Pd, 50 Вт, 50 кВ, 2 мА). Склонность к отложению пепла прогнозировалась с помощью эмпирических показателей. Эти показатели, несмотря на их недостатки из-за сложных условий, возникающих в котлах и связанном с ними теплообменном оборудовании, широко используются и, вероятно, остаются наиболее надежной основой для принятия решений, если они используются в сочетании с опытно-промышленными испытаниями.

Соотношение основания и кислоты (уравнение 1) является полезным показателем, поскольку обычно высокий процент основных оксидов снижает температуру плавления, а кислотные оксиды повышают ее. Это принимает вид (Vamvuka et al., 2017):

, где на этикетке каждого соединения указана его массовая концентрация в золе. При R _b/a < 0,5 склонность к отложению низкая, при 0,5 < R _b/a < 1 склонность к отложениям средняя, ​​а при R _b/a > 1 склонность к отложениям высокая. Для значений R _b/a > 2 этот индекс нельзя безопасно использовать без дополнительной информации.

Влияние щелочей на тенденцию к зашлаковыванию/обрастанию золы биомассы является критическим из-за их склонности к снижению температуры плавления золы. Один простой индекс, щелочной индекс (уравнение 2), выражает количество оксидов щелочных металлов в топливе на единицу энергии топлива в ГДж (Vamvuka et al., 2017):

Когда значения AI находятся в диапазоне 0.17–0,34 кг/ГДж возможно засорение или зашлаковывание, тогда как при этих значениях >0,34 засорение или зашлаковывание практически наверняка произойдет.

Для испытаний на сжигание были приготовлены смеси вышеуказанных материалов с соотношением смешивания до 50% по весу с наиболее распространенными сельскохозяйственными отходами в Греции, косточками оливок.

Описание прототипа системы сжигания

Блок сжигания схематически показан на рисунке 1. Основными частями являются два бункера, эксикатор, система непрерывной подачи сырья и котел с поперечным потоком. Номинальная мощность 65 кВт.

Рисунок 1 . Принципиальная схема многотопливного котла (сплошные стрелки показывают направление потока воздуха, а пунктирные стрелки показывают направление потока биомассы).

Топливо хранится в главном бункере (А), боковые поверхности которого перфорированы для физической сушки топлива. В зависимости от наличия биомассы и особых потребностей в энергии открывается регулирующий клапан, и в систему подается соответствующее топливо. Затем биомасса перемещается из силоса в эксикатор по наклонной тележке с гусеницами со скоростью, регулируемой в соответствии с потребностями котла.Горячий воздух подается выхлопными газами через систему обратной связи (H,J). Осушитель оснащен двумя внутренними конвейерными лентами (В), состоящими из перфорированных медленно вращающихся роликов со стальной сеткой, что позволяет горячему воздуху двигаться в направлении потока снизу вверх. Осушитель (B) имеет несколько отсеков, чтобы позволить воздуху перемещаться и в конечном итоге терять часть своей температуры, создавая тем самым разницу температур. Специальная стальная сетка обладает высокой износостойкостью и может достаточно эффективно справляться с экстремальными колебаниями температуры.Скорость роликов тесно связана с влажностью биомассы и может варьироваться в зависимости от потребностей автоматического управления. Затем сухая биомасса переносится (C) во временный бункер (D) и смешивается с теплым воздухом, поступающим из системы обратной связи (E), перед тем, как направляется в горелку и зону сжигания котла. С помощью горизонтального теплого шнека диаметром 1 и 1/2 дюйма переработанная биомасса подается в горелку (G). Скорость подачи регулируется двумя электронными диммерами. Первый диммер соответствует времени работы системы подачи, а второй диммер соответствует времени задержки (винт выключен).Таким образом, подача сырья происходит полупериодически. Первичный воздух для горения подается через трубу в передней части топки и регулируется воздуходувкой. Соотношение первичного и вторичного воздуха регулируется с помощью регулятора, установленного в дымоходе (К), с механическим регулятором, позволяющим изменять тягу дымохода. Котел (G) является гидравлическим и в основном производит горячую воду в замкнутой циркуляционной системе (F). Эта система имеет меры безопасности, чтобы поддерживать постоянное давление воды и транспортирует горячую воду к высокоэффективным фанкойлам для обогрева помещений.Датчики температуры Pt используются для измерения температуры воды прямого и обратного потока, а также потока внутри котла. Измеритель теплотворной способности измеряет расход воды и полезную энергию, поглощаемую водой. Выхлопные газы котла перед попаданием в дымоход проходят через теплообменник. Теплообменник (I) использует выхлопные газы для подогрева воздуха, который затем используется для сушки влажной биомассы.

Новинкой этого прототипа является конструкция эксикатора, питаемого выхлопными газами, работающего в соответствии с потребностями котла и работающего при экстремальных колебаниях температуры, теплообменника, также питаемого выхлопными газами, а также датчиков температуры и измерителя теплотворной способности. Благодаря тому, что все основные части установки являются традиционными, стоимость изготовления такой установки остается низкой. Уже установленные аналоговые датчики и детали будут заменены цифровыми датчиками и механическими частями с цифровыми входами и выходами в соответствии с результатами экспериментов по отклику блока. Ограничением системы является невозможность отрегулировать оптимальный коэффициент избытка воздуха, поэтому необходимо надежное управление подачей воздуха для горения. Необходимо принять определение оптимальных параметров заказной системы автоматического управления, чтобы установка могла работать автономно.

Экспериментальная процедура и данные измерений

Эксперименты были построены таким образом, чтобы можно было построить аналитический профиль каждого материала, а также можно было исследовать поведение типа топлива на разных стадиях процесса. Были проведены две серии экспериментов, чтобы изучить поведение и реакцию каждого остатка на технологическую цепочку установки. В ходе первой серии испытаний для каждого вида биотоплива была проведена калибровка скорости подачи в зависимости от диммерных выключателей.Скорость подачи определялась последовательностями интервалов задержки включения-выключения первого и второго диммера соответственно. Расход дымовых газов для каждой подачи сырья определяли путем измерения скорости вращения вентилятора на выходе газа, установленного в положении (К), анемометром. Следовательно, каждое биотопливо было испытано в установке для сжигания, чтобы оптимизировать тепловую эффективность путем настройки его специальных параметров с учетом качества выбросов. Важными независимыми переменными были скорость подачи сырья, скорость вентилятора, регулирующего поток воздуха в котле, и температура внутри котла.В настоящем исследовании представлены результаты для одного набора этих параметров, целью которого является сравнение характеристик сгорания между испытанными сельскохозяйственными остатками, а также их смесями при постоянных условиях эксплуатации. Параметрическое исследование для оптимизации процесса будет представлено в следующем отчете.

Для запуска котла было произведено поджигание топлива, а также были включены и настроены на требуемые значения питатель твердого топлива и воздуховоды (вкл/выкл 10/30 с/с). Перед снятием первых показаний печи давали поработать 30 минут.Система циркуляции горячей воды приводилась в действие, как только температура достигала ≥55°C. Когда температура воды превышала 70°С, подачу сырья временно прекращали.

Состав дымовых газов непрерывно контролировался во время испытаний с помощью многокомпонентного газоанализатора, модель Madur GA-40 plus производства Maihak, оснащенного двухпоточным фильтром и осушителем. Отбор проб осуществлялся с помощью нагревательной линии с зондом в соответствии с греческими стандартами ELOT 896. Анализатор использует электрохимические датчики для измерения концентрации газа.Содержание СО ₂ , СО, О ₂ , СО ₂ , NO _x в потоке уходящих газов, сажевый индекс, теплопотери дымовых газов, температура дымовых газов и коэффициент избытка воздуха ( λ) постоянно регистрировались анализатором. Аналоговый выходной сигнал анализатора передавался на компьютер, где сигналы обрабатывались и вычислялись средние значения за период дискретизации 0,5 мин.

После проведения измерений в стационарных условиях работы и выдержки печи в течение примерно 3 часов подача топлива и воздухопровод были отключены, смотровое окно было открыто, а вытяжной вентилятор был включен на полную мощность для охлаждения установки.Зольный остаток осушали, взвешивали и анализировали на потери при сжигании из-за несгоревшего углерода. Эксперименты повторяли дважды, чтобы определить их воспроизводимость, которая оказалась хорошей.

Тепловой КПД системы определялся как отношение полезной энергии, получаемой водой котла, к подводимой энергии, производимой топливом:

где, q _w : массовый расход воды (кг/ч), c _pw : теплоемкость воды (МДж/кгК), ΔT _w : разность температур прямого и обратного потоков воды (° K), Δt: полное время сгорания при температуре воды 70°C, м _f : масса сожженного топлива/смеси (кг), Q _f : теплотворная способность топлива/смеси (МДж/кг).

Эффективность сгорания определялась следующим образом:

где,

где: T _f : температура дымовых газов (°C), T _am : температура окружающего воздуха (°C), [CO] и [CO ₂ ]: концентрации CO и CO ₂ в дымовых газах (%), А, Б, а: параметры горения, характерные для каждого вида топлива (данные анализатором), м _o : общая масса сжигаемого органического вещества топлива (кг), м _а : масса органического вещества в золе (кг).

Для каждого экспериментального испытания проверялось, достаточно ли имеющейся теплоты дымовых газов для предварительного нагрева приточного воздуха для сжигания топлива до 70°C, а также для сушки биомассы в системном эксикаторе:

или

где: m _fl , m _аmb : масса дымовых газов и воздуха на кг сожженной биомассы (кг), c _pfl , c _pamb : удельная теплоемкость дымовых газов и воздуха (кДж/кг° K), ΔT _f , ΔT _амб : разность температур дымовых газов на выходе и входе в дымоход и подогретого воздуха и окружающего воздуха соответственно (°K), Q _d : теплота сушки биомассы ( Мойерс и Болдуин, 1997). Согласно последующим результатам, указанное выше неравенство всегда имело место.

Результаты и обсуждение

Анализ сырого топлива

В Таблице 1 приведены предварительный и окончательный анализы изученных сельскохозяйственных остатков. Как видно, все образцы были богаты летучими веществами и имели низкую зольность. В скорлупе миндаля содержится самый высокий процент летучих веществ, тогда как в скорлупе грецкого ореха самый низкий процент золы. Концентрация кислорода была значительной для всех образцов, а теплотворная способность колебалась в пределах 17.5 и 20,4 МДж/кг, была сопоставима с верхней границей низкосортных углей. Содержание серы во всех остатках было практически нулевым, что свидетельствует о том, что выбросы SO ₂ не представляют опасности для этого биотоплива. С другой стороны, содержание азота в скорлупе миндаля было значительным, что могло быть проблемой при термической обработке, с точки зрения выбросов NO _x .

Таблица 1 . Экспресс- и окончательный анализы и теплотворная способность образцов (% сухого веса).

Химический анализ золы, выраженный обычным способом для топлива в виде оксидов, сравнивается в Таблице 2 вместе с показателями зашлаковывания/засорения и тенденцией к отложению. Общим признаком этих зольных материалов является то, что они были богаты Ca и K и в меньшей степени P и Mg. Отношение основания к кислоте было намного больше 2 из-за низкого содержания кремнезема и глинозема в этой золе, так что нельзя дать никаких определенных рекомендаций по поведению, вызывающему зашлаковывание. Потенциал зашлаковывания/засорения, вызванный щелочью, можно более точно предсказать по щелочному индексу.Таким образом, согласно значениям AI, для ядер оливок и миндальной скорлупы обязательно возникает склонность к обрастанию из-за большого количества щелочи по отношению к единице содержащейся в них топливной энергии (для миндальной скорлупы склонность намного ниже), в то время как для ядер персиков и скорлупы грецких орехов не ожидается обрастания котлов. Когда косточки оливок смешивали с другими остатками в соотношении до 50%, таблица 2 показывает, что значения AI были значительно снижены. Однако следует отметить, что для небольших систем, таких как та, что использовалась в этой работе, работающих при температуре ниже 1000°C и в течение относительно короткого периода времени, явлений зашлаковывания или засорения из-за золы не наблюдалось.

Таблица 2 . Химический анализ золы сырья и склонность к зашлаковыванию/обрастанию.

Эффективность сжигания биотоплива из сельскохозяйственных отходов

Температура котловой воды

Изменение температуры воды на выходе из котла при полной работе топочной установки показано на рис. 2. Видно, что ядра персиков и скорлупа грецких орехов начали гореть раньше, чем два других остатка, отдавая свою тепловую энергию воде около на 6 мин раньше, чем ядра оливок, для повышения температуры с 25 до 70°С.Однако поведение скорлупы грецкого ореха было совершенно иным. Температура воды на начальном этапе поднялась до 78°C (второй диммер выключен), так что для трех полных циклов (вкл/выкл) время горения увеличилось примерно на 20 минут по сравнению с ядрами оливок. Для скорлупы грецкого ореха и миндаля три цикла в изучаемых условиях продолжались около 1 часа.

Рисунок 2 . Изменение температуры воды на выходе из котла по сырому топливу при полной работе установки.

Температура дымовых газов и выбросы

Температура дымовых газов (Таблица 3) зависит от топлива.Так, для скорлупы миндаля она была выше, 267°С, при полной работе котла (в стационарном режиме), а ниже для ядер персика, 245°С, что означает соответственно большие и меньшие потери тепла из топки. Все значения температуры дымовых газов были достаточно высокими для предварительной сушки сырья (уравнение 9).

Таблица 3 . Характеристики горения топлив (средние значения) в установившемся режиме.

СО в дымовых газах при установившейся работе печи (диммер включен) для четырех исследуемых остатков сравнивается на рис. 3.Повышенный уровень CO в биотопливе из косточек оливок, скорее всего, связан с большим количеством летучих веществ, которые повышают концентрацию углеводородов в реакторе, препятствуя дальнейшему окислению CO до CO ₂ , а также, в меньшей степени, с более высоким содержанием золы в топливе. это топливо, которое ослабляло проникновение кислорода к частицам полукокса. Тем не менее, все значения CO были ниже установленных законом пределов для небольших систем (ELOT, 2011).

Рисунок 3 . Концентрация CO в дымовых газах для сырого топлива в установившемся режиме.

Средние концентрации загрязняющих веществ (± стандартная ошибка) в установившемся режиме и в течение всей работы установки представлены и сравнены на рисунках 4A, B соответственно. Выбросы SO ₂ от всех видов биотоплива, будучи чрезвычайно низкими (0–13 ppm _{по сравнению с} ), были исключены из графиков. На рисунке 4А показано, что самые высокие выбросы CO были высвобождены при сжигании косточек оливок, а самые низкие — при сжигании косточек персиков. Однако, несмотря на то, что при полной работе котла (включая периоды без подачи топлива, т.т. е., второй диммер выключен) значения СО были выше (рис. 4Б), они не превышали допустимых пределов (ELOT, 2011). Кроме того, выбросы NO _x от всех исследованных материалов были низкими и соответствовали руководящим принципам стран ЕС (EC, 2001; ELOT, 2011) для малых единиц (200–350 мг/Нм ³ ). Более низкие уровни NO _x в скорлупе миндаля, несмотря на их более высокое содержание азота среди протестированных видов биотоплива, могут быть результатом временной восстановительной среды, созданной большим количеством летучих веществ в этом остатке (81.5%), что способствовало разложению NO _×.

Рисунок 4 . Средние концентрации загрязняющих веществ в газах от сырых топлив (А) в установившемся режиме и (Б) в течение всей работы установки.

Текущие значения выбросов газов были сопоставимы с указанными в литературе для аналогичных видов топлива, в то время как значения NO _x были значительно ниже. Для персиковых косточек выбросы CO варьировались от 600 до 680 ppm _{по сравнению с} (Rabacal et al., 2013), для скорлупы бразильских орехов от 50 до 400 ppm _v (Cardozo et al., 2014), для ядер пальм от 2000 до 14 000 ppm _v (Pawlak-Kruczek et al., 2020), для жмыха гранулы между 1900 и 6500 частей на миллион _{по сравнению с} (Kraszkiewicz et al., 2015), а гранулы для обрезки оливковых деревьев составляли 1800 частей на миллион _{по сравнению с} (Garcia-Maraver et al., 2014). С другой стороны, выбросы NO _x были обнаружены для косточек персика 300-600 мг/м ³ (Rabacal et al., 2013), для скорлупы бразильского ореха 180-270 мг/м ³ (Cardozo et al. ., 2014), для ядер пальм от 90 до 200 ppm _v (Pawlak-Kruczek et al., 2020), для гранул из жмыха 230-870 мг/м ³ (Kraszkiewicz et al., 2015) и для маслин гранулы для обрезки 680 мг/м ³ (Garcia-Maraver et al., 2014).

Сгорание и тепловая эффективность

Эффективность сгорания четырех остатков представлена ​​в таблице 3. Эффективность сгорания считается удовлетворительной для небольших систем (77% в соответствии с европейскими стандартами EN 303-5) в диапазоне от 84 до 86%.Эти значения контролировались температурами дымовых газов, которые отражали чувствительные потери тепла и концентрацию CO в дымовых газах, которые представляли собой основные потери тепла из-за неполного сгорания. Таким образом, ядра персика с наименьшими потерями SL и IL сгорали с наибольшей эффективностью. Интересно отметить, что большее количество воздуха в случае с ядрами оливок (коэффициент избытка воздуха λ = 1,9), увеличивая поток дыма, по-видимому, каким-то образом снижало температуру камина и, следовательно, увеличивало уровень CO и газообразные тепловые потери (IL).Кроме того, на тепловой КПД системы, показанный в таблице 3, влияла эффективность сгорания топлива, и он был выше для ядер персика из-за улучшения сгорания в печи и улучшения рекуперации тепла в трубах системы за счет повышения температуры. разница между прямым и обратным потоком воды в котел (ΔT _w = 26,2°C). Колебания, наблюдаемые в таблице, связаны с разным количеством сожженного биотоплива в зависимости от времени, когда котел работал с определенными интервалами включения/выключения диммеров, регулирующих подачу.Оптимизация расхода топлива и коэффициента избытка воздуха в сторону более низкого значения может привести к более высокой температуре топки (большой поток подаваемого воздуха охлаждает топку), снижению выбросов CO благодаря лучшему сгоранию, снижению содержания кислорода и повышению концентрации CO ₂ в дымовых газах. и, следовательно, снижение потерь тепла или топлива и повышение эффективности сгорания. Это, в свою очередь, улучшит рекуперацию тепла в трубах и повысит тепловую эффективность. Кроме того, некоторые модификации топки для увеличения времени пребывания дымовых газов понизят их температуру на выходе и, таким образом, чувствительные тепловые потери.

Тем не менее, КПД котла соответствовал литературным данным. Значения 91%, 83–86% и 75–83% были зарегистрированы для древесных гранул (Kraiem et al. , 2016), сосновой древесины и персиковых косточек (Rabacal et al., 2013) соответственно. Более того, было обнаружено, что для многотопливного котла, работающего на древесных материалах, тепловой КПД (Fournel et al., 2015) зависит от зольности каждого вида сырья, т. е. при зольности 1% КПД составлял 74%, а при зольности содержание 7% упало до 63%. В другом блоке, сжигающем порубочные остатки и энергетические культуры, эффективность варьировалась от 69 до 75% (Forbes et al., 2014).

Эффективность сжигания смесей сельскохозяйственных отходов

Температура котловой воды

На рисунках 5А–С показано изменение температуры воды на выходе из котла в зависимости от времени при полной работе топки для смесей остатка ядер оливок с ядрами персиков, миндаля и скорлупы грецких орехов. Из этих рисунков видно, что как фаза пуска, так и фаза полной работы системы при подаче топливных смесей задерживались, сдвигая кривые в сторону более высоких временных значений примерно на 4–6 мин. Представляется, что подача смесей и, как следствие, выгорание были не столь однородны, как теоретически ожидалось.

Рисунок 5 . Изменение температуры воды на выходе из котла при полной работе установки для смесей (А) ОК/ПК, (Б) ОК/АС и (С) ОК/WS.

Температура дымовых газов и выбросы

Таблица 4 показывает, что температуры дымовых газов, которые влияют на чувствительные тепловые потери дымов, для всех смесей в установившемся режиме варьировались между значениями компонентов топлива.Это показывает, что характеристики сгорания смесей зависели от вклада каждого остатка в смесь.

Таблица 4 . Характеристики горения топливных смесей (средние значения) в установившемся режиме.

Средние значения выбросов CO и NO _x (± стандартная ошибка) в установившемся режиме для всех смесей сравниваются с выбросами сырого топлива на рисунках 6A–C. Выбросы SO ₂ на графиках не представлены, так как они были крайне низкими (4–20 ppm _против ).Значения CO, находящиеся в диапазоне от 1121 до 1212 частей на миллион _{по сравнению с} , находились между значениями, соответствующими топливным компонентам, и находились в допустимых пределах для малых установок (ELOT, 2011). Более того, уровни NO _x (87–129 ppm _{по сравнению с} или 174–258 мг/м ³ ) следовали той же тенденции и оставались ниже пороговых значений стран ЕС (EC, 2001; ELOT, 2011). . Наилучших показателей по выбросам достигла смесь ОК/ПК 50:50.

Рисунок 6 .Средние выбросы CO и NO _x газов в стационарном состоянии из смесей (A) OK/PK, (B) OK/AS и (C) OK/WS.

Сгорание и тепловая эффективность

Эффективность сгорания смесей ядер оливок с ядрами персиков, миндалем и скорлупой грецких орехов колеблется от 84,2 до 85,6%, как показано на рисунке 7. Эти значения находятся между значениями, соответствующими компонентам материалов, но не пропорциональны процентному содержанию каждого остатка в смесь.Как показано в Таблице 4, эффективность сгорания зависит от типа сырья и массового расхода, а также от коэффициента избытка воздуха, который определяет температуру топки и дыма и, следовательно, потери тепла. Наивысший КПД был достигнут в случае смеси ОК/ПК 50:50, что, в свою очередь, отразилось на тепловом КПД котла за счет улучшения рекуперации тепла из потока воды.

Рисунок 7 . Полнота сгорания топливных смесей.

Выводы

Изученные сельскохозяйственные остатки характеризовались высоким содержанием летучих и низкой зольностью.Их теплотворная способность была значительной в диапазоне от 17,5 до 20,4 МДж/кг. Выбросы CO и NO _x от всех видов топлива в течение всей эксплуатации установки в изучаемых условиях были ниже установленных законом пределов, тогда как выбросы SO ₂ были незначительными. Эффективность сгорания была удовлетворительной, в пределах от 84 до 86%. Ядра персиков, за которыми следует скорлупа грецких орехов, сгорают с наибольшей эффективностью из-за более низких чувствительных потерь тепла и потерь от неполного сгорания топлива, выделяют более низкие концентрации токсичных газов и повышают эффективность котла за счет улучшения рекуперации тепла в трубах системы.

Совместное сжигание сельскохозяйственных отходов можно в значительной степени предсказать при сжигании компонентов топлива, что может принести не только экологические, но и экономические выгоды. Путем смешивания ядер оливок с ядрами персиков, миндаля или скорлупы грецких орехов в процентном соотношении до 50% общая эффективность системы с точки зрения выбросов и степени сгорания была улучшена. Эффективность против вредителей была достигнута при использовании смеси косточек оливок и косточек персика в соотношении 50:50.

Эффективность сгорания зависит от типа сырья, массового расхода и коэффициента избытка воздуха. Необходим надежный контроль подачи воздуха для горения и определение оптимальных параметров.

Заявление о доступности данных

Все наборы данных, созданные для этого исследования, включены в статью/дополнительный материал.

Вклад авторов

DV: супервайзер, оценка результатов и написание работ. ДЛ: эксперименты. ЭС: эксперименты. АВ: эксперименты. СС: оценка результатов. GB: техническая поддержка и оценка результатов. Все авторы: внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.

Конфликт интересов

ГБ было занято компанией Energy Mechanical of Crete S.A.

Остальные авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Авторы благодарят нефтяные кооперативы AVEA Chania, Союз сельскохозяйственных кооперативов Янницы и частные компании Agrinio и Hohlios за предоставление топлива, а также лаборатории химии и технологии углеводородов и неорганической и органической геохимии Технического университета Крита. , для анализов CHNS и XRF.

Каталожные номера

Ан, Дж., и Джанг, Дж. Х. (2018). Характеристики горения 16-ступенчатого колосникового котла на пеллетах. Продлить. Энергия 129, 678–685. doi: 10.1016/j.renene.2017.06.015

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Капошютти, Г., и Антонелли, М. (2018). Экспериментальное исследование влияния вытеснения воздуха и избытка воздуха на выбросы CO, CO ₂ и NO _x небольшого котла на биомассе с неподвижным слоем. Продлить.Энергия 116, 795–804. doi: 10.1016/j.renene.2017.10.001

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Кардозо, Э., Эрлих, К., Алехо, Л., и Франссон, Т. Х. (2014). Сжигание сельскохозяйственных отходов: экспериментальное исследование для мелкомасштабных применений. Топливо 115, 778–787. doi: 10.1016/j.fuel.2013.07.054

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Кэрролл, Дж. , и Финнан, Дж. (2015). Использование присадок и топливных смесей для снижения выбросов при сжигании сельскохозяйственного топлива в небольших котлах. Биосистем. англ. 129, 127–133. doi: 10.1016/j.biosystemseng.2014.10.001

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Карвалью, Л., Вопиенка, Э., Пойнтнер, К., Лундгрен, Дж., Кумар, В., Хаслингер, В., и другие. (2013). Производительность пеллетного котла на сельскохозяйственном топливе. Заяв. Энергия 104, 286–296. doi: 10.1016/j.apenergy.2012.10.058

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

ЕС (2001 г.). Директива 2001/80/ЕС Европейского парламента и Совета от 23 октября 2001 г. об ограничении выбросов некоторых загрязняющих веществ в воздух крупными установками для сжигания .

Академия Google

ЭЛОТ (2011). ЕН 303.05/1999. Предельные значения для CO и NO _x Выбросы для новых тепловых установок, использующих твердое биотопливо . ФЭК 2654/Б/9-11-2011.

Академия Google

Forbes, Э., Иссон, Д., Лайонс, Г., и МакРобертс, В. (2014). Физико-химические характеристики восьми различных видов топлива из биомассы и сравнение результатов сжигания и выбросов в небольшом многотопливном котле. Преобразователь энергии Управление 87, 1162–1169.doi: 10.1016/j.enconman.2014.06.063

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Фурнель, С., Паласиос, Дж. Х., Мориссетт, Р., Вильнёв, Дж., Годбаут, С., Хейца, М., и др. (2015). Влияние свойств биомассы на технические и экологические показатели многотопливного котла при внутрихозяйственном сжигании энергетических культур. Заяв. Энергия 141, 247–259. doi: 10.1016/j.apenergy.2014.12.022

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Гарсия-Маравер, А., Саморано М., Фернандес У., Рабакал М. и Коста М. (2014). Взаимосвязь между качеством топлива и выбросами газообразных и твердых частиц в бытовом котле, работающем на пеллетах. Топливо 119, 141–152. doi: 10.1016/j.fuel.2013.11.037

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Кортелайнен М., Йокиниеми Дж., Нуутинен И., Торвела Т., Ламберг Х., Кархунен Т. и др. (2015). Поведение золы и образование выбросов в малом реакторе с возвратно-поступательным движением колосникового сжигания, работающем на древесной щепе, канареечнике тростниковом и соломе ячменя. Топливо 143, 80–88. doi: 10.1016/j.fuel.2014.11.006

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Крайем, Н., Ладжили, М., Лимузи, Л., Саид, Р., и Джегуирим, М. (2016). Рекуперация энергии из тунисских агропродовольственных отходов: оценка характеристик сгорания и характеристик выбросов зеленых пеллет, приготовленных из томатных остатков и виноградных косточек. Энергия 107, 409–418. doi: 10.1016/j.energy.2016.04.037

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Крашкевич, А., Пшивара, А., Качел-Якубовска, М. , и Лоренцович, Э. (2015). Сжигание пеллет из растительной биомассы на колосниковой решетке котла малой мощности. Сельское хозяйство. Сельское хозяйство. науч. проц. 7, 131–138. doi: 10.1016/j.aaspro.2015.12.007

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Мойерс, К.Г., и Болдуин, Г.В. (1997). «Психрометрия, испарительное охлаждение и сушка твердых веществ», в Справочнике инженеров-химиков Перри, 7-е изд. , редакторы Р. Х. Перри и Д. В. Грин (Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Mc Graw Hill).

Академия Google

Низетик С., Пападопулос А., Радика Г., Занки В. и Аричи М. (2019). Использование топливных гранул для отопления жилых помещений: полевое исследование его эффективности и удовлетворенности пользователей. Энергетическая сборка. 184, 193–204. doi: 10.1016/j.enbuild.2018.12.007

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Павляк-Кручек Х., Арора А., Москицкий К., Крохмальный К., Шарма С. и Недзвецкий Л. (2020). Переход бытового котла с угля на биомассу — Выбросы от сжигания сырой и обожженной скорлупы пальмового ядра (PKS). Топливо 263, 116–124. doi: 10.1016/j.fuel.2019.116718

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Пицци А., Фоппа Педретти Э., Дука Д., Россини Г., Менгарелли К., Илари А. и др. (2018). Выбросы отопительных приборов, работающих на агропеллетах, произведенных из остатков обрезки виноградников, и экологические аспекты. Продлить. Энергия 121, 513–520. doi: 10.1016/j.renene.2018.01.064

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Рабакал, М., Фернандес, У., и Коста, М. (2013). Характеристики горения и выбросов бытового котла, работающего на пеллетах из сосны, промышленных древесных отходов и косточек персика. Продлить. Энергия 51, 220–226. doi: 10.1016/j.renene.2012.09.020

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Сиппула О., Ламберг Х., Лескинен Дж., Тиссари Дж. и Йокиниеми Дж. (2017). Выбросы и поведение золы в котле на пеллетах мощностью 500 кВт, работающем на различных смесях древесной биомассы и торфа. Топливо 202, 144–153.doi: 10.1016/j.fuel.2017.04.009

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Сутар, К.Б., Кохли, С., Рави, М.Р., и Рэй, А. (2015). Кухонные плиты на биомассе: обзор технических аспектов. Продлить. Устойчивая энергетика Ред. 41, 1128–1166. doi: 10.1016/j.rser.2014.09.003

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Вамвука, Д. (2009). Биомасса, биоэнергия и окружающая среда. Салоники: Публикации Циоласа.

Академия Google

Вамвука, Д., Трикувертис М., Пентари Д., Алевизос Г. и Стратакис А. (2017). Характеристика и оценка летучей золы и золы от сжигания отходов виноградников и перерабатывающей промышленности. Дж. Энергетический институт. 90, 574–587. doi: 10.1016/j.joei.2016.05.004

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Вамвука, Д. , и Цуцос, Т. (2002). Энергетическая эксплуатация сельскохозяйственных отходов на Крите. Взрыв энергии Эксплойт. 20, 113–121. дои: 10.1260/014459802760170439

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Цзэн, Т., Поллекс А., Веллер Н., Ленц В. и Неллес М. (2018). Пеллеты из смешанной биомассы в качестве топлива для малогабаритных устройств сжигания: влияние смешивания на образование шлака в зольном остатке и варианты предварительной оценки. Топливо 212, 108–116. doi: 10.1016/j.fuel.2017.10.036

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Что такое пиролиз? : USDA ARS

Введение     Наши исследования     Что такое пиролиз? Bio-Oil     Исследователи

Объекты     Наши партнеры     Публикации     В новостях     Ссылки

Что такое пиролиз?

Биомасса

Лигноцеллюлозная биомасса является самым распространенным возобновляемым источником углерода на Земле. Доступные источники биомассы включают лесные отходы, растительные остатки, специально выращиваемые энергетические культуры (например, травы), отходы животноводства и пищевые отходы. Эти материалы представляют собой волокнистые структурные части растений и в основном состоят из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. По сравнению с так называемым биологическим сырьем поколения 1^—, таким как сахара, крахмалы и растительные масла, природа сделала эти части растений трудными для разложения на химические строительные блоки, что делает использование этого источника углерода сложной задачей для ученых и инженеров.Биоперерабатывающие заводы — это предприятия, на которых биомасса преобразуется в различные продукты. Нашими целевыми продуктами были передовые углеводородные виды биотоплива, которые неотличимы от бензина на ископаемой основе, дизельного топлива или топлива для реактивных двигателей, а также химические вещества и материалы на биологической основе. Необходимо разработать технологии для более эффективного преобразования этого возобновляемого источника углерода, чтобы возобновляемые биопродукты из биомассы можно было сделать экономически конкурентоспособными по сравнению с продуктами, произведенными из ископаемых ресурсов.

Пиролиз

Пиролиз — это одна из технологий, доступных для преобразования биомассы в промежуточный жидкий продукт, который можно перерабатывать для получения углеводородного биотоплива, кислородосодержащих топливных добавок и нефтехимических заменителей.Пиролиз — это нагревание органического материала, такого как биомасса,  в отсутствие кислорода. Пиролиз биомассы обычно проводят при температуре 500 ° C или выше, что обеспечивает достаточное количество тепла для разрушения прочных биополимеров, упомянутых выше. Из-за отсутствия кислорода горения не происходит, а биомасса термически разлагается на горючие газы и биоуголь. Большинство этих горючих газов можно сконденсировать в горючую жидкость, называемую пиролизным маслом (бионефтью), хотя есть и постоянные газы (CO ₂ , CO, H ₂ , легкие углеводороды), некоторые из которых могут быть сжигают, чтобы обеспечить тепло для процесса.Таким образом, пиролиз биомассы дает три продукта: один жидкий, бионефть , один твердый, биоуголь и один газообразный, синтетический газ. Доля этих продуктов зависит от нескольких факторов, включая состав сырья и параметры процесса. Однако при прочих равных условиях выход бионефти оптимален при температуре пиролиза около 500 °C и высокой скорости нагрева (1000 °C/с) в условиях быстрого пиролиза. В этих условиях выход бионефти на уровне 60-70% по массе может быть достигнут из типичного исходного сырья биомассы с выходом биоугля на уровне 15-25% по массе.Остальные 10-15 мас.% составляют синтетический газ. Процессы, в которых используются более медленные скорости нагрева, называются медленным пиролизом, и биоуголь обычно является основным продуктом таких процессов. Процесс пиролиза может быть самоподдерживающимся, поскольку сжигание синтез-газа и части бионефти или биоугля может обеспечить всю необходимую энергию для запуска реакции.

Схема процесса быстрого пиролиза.

Био-масло  представляет собой густую сложную смесь кислородсодержащих органических соединений. Его топливная ценность обычно составляет 50–70% от стоимости нефтяных базовых топлив, и его можно использовать в качестве котельного топлива или преобразовать в возобновляемое транспортное топливо. Состав бионефти делает ее термически нестабильной и, следовательно, трудно перегоняемой или дальнейшей очистки, что делает необходимыми дополнительные исследования по получению биомасла более высокого качества. Однако его плотность составляет > 1 кг L ^-1 , что намного больше, чем у исходного сырья из биомассы, что делает его транспортировку более рентабельной, чем биомассу. Следовательно, можно представить модель распределенной обработки, в которой множество небольших пиролизеров (в фермерских масштабах) превращают биомассу в бионефть, которая затем транспортируется в централизованное место для переработки.Чтобы проверить эту гипотезу, наша группа разработала и сконструировала мобильную демонстрационную установку пиролиза производительностью одна тонна в день, основанную на конструкции реактора, называемой интегрированной системой пиролиза для уменьшения горения (CRIPS). Установка CRIPS может производить бионефть на месте и может выполнять быстрый или каталитический пиролиз для производства биомасла, частично деоксигенированного.

   Мобильная интегрированная система пиролиза для уменьшения горения (CRIPS) ARS

Кроме того, полученный биоуголь можно использовать на ферме в качестве отличного средства для улучшения почвы, способного улавливать углерод.Биоуголь обладает высокой абсорбирующей способностью и, следовательно, увеличивает способность почвы удерживать воду, питательные вещества и сельскохозяйственные химикаты, предотвращая загрязнение воды и эрозию почвы. Внесение в почву биоугля может улучшить как качество почвы, так и стать эффективным средством связывания большого количества углерода, тем самым помогая смягчить глобальное изменение климата за счет связывания углерода. Использование биоугля в качестве добавки к почве решит многие проблемы, связанные с удалением растительных остатков с земли.

Наш проект

Наш основной проект в настоящее время в Восточном региональном исследовательском центре преследует четыре основные цели, направленные на то, чтобы сделать пиролизные и биодизельные биоперерабатывающие заводы экономически конкурентоспособными. В том числе:

1. Разработка термохимических и/или каталитических, углеродоэффективных процессов переработки биомассы и пластиковых отходов для производства фракций, содержащих бионефть и биогаз, подходящих для использования в передовых коммерчески жизнеспособных биотопливах (диапазоны углерода для реактивных двигателей, дизельного топлива и бензина).
2. Разработка термокаталитических технологий до и после обработки для производства возобновляемых химических веществ и биоуглеродных материалов из биомассы, биоугля, лигнина и биомасел.
3. Выявление и разработка новых видов сырья и технологий для производства биодизеля, возобновляемого углеводородного дизельного топлива и биореактивного топлива из жиров и масел.
4. Точная оценка экономической ценности процессов преобразования термолиза для производства топлива и химикатов на биологической основе.

Наш подход к разработке коммерчески жизнеспособных биоперерабатывающих заводов на основе пиролиза представлен на рисунке выше. Мы разрабатываем технологии каталитического пиролиза, в которых катализатор используется для снижения содержания кислорода в бионефти для производства стабильной бионефти с низким или средним содержанием кислорода, которая может подвергаться процессам разделения, таким как дистилляция, на отдельные фракции, которые будут использоваться для различные процессы переработки для производства возобновляемых химических веществ в дополнение к биотопливу. Мы также разрабатываем заменители промышленного углерода на основе ископаемого топлива, такие как кокс и пек, которые можно использовать в отраслях с тяжелыми выбросами углерода, таких как выплавка алюминия.Кроме того, мы решаем проблему пластиковых отходов, рассматривая отходы пластика, особенно очень распространенные полиолефины, как потенциальный источник дешевого водорода, компенсирующий присущую биомассе нехватку водорода. Наши предварительные результаты показывают, что совместный пиролиз биомассы с пластиковыми отходами на катализаторе может повысить эффективность преобразования углерода в ценные ароматические углеводороды.

Выделение серы и азота при сопиролизе угля и биомассы в инертной атмосфере

Реферат

Уголь сжигание является основным источником энергии, но также и серьезным загрязнителем эмиттер по всему миру.Биомасса привлекает все большее внимание исследователей благодаря нейтральности углерода и другим преимуществам при сопиролизе угля. Поэтому пиролиз кукурузной соломы, бурого угля и их Топливная смесь исследовалась в горизонтальной трубчатой ​​печи при температуре диапазоне 300–900 ° C в этом исследовании, сосредоточив внимание на выбросы азото- и серосодержащих газов. Выбросы HCN, NH ₃ , COS и SO ₂ контролировали, и выход угля рассчитывали при пиролизе. Результаты показали, что выход угля снижается с повышением температуры за счет разложения гетероциклических ароматический углеводород. Сера (42,45 мас. %, 900 °C) и азот (73,23 мас. %, 600 °С) выделялись из смесевого топлива в течение пиролиз. Синергетический эффект между кукурузной соломой и углем был оценивали и сравнивали их экспериментальные и расчетные значения. Синергетический эффект на выбросы был заметен при температуре диапазон 600–800 °C из-за высокого содержания биомассы и десинхронизации выбросов летучих веществ между углем и биомассой. Летучие вещества в биомассе, которая выделяется перед углем, стимулирует улетучивание угля.Несколько обычных газов, таких как CH ₄ и C ₂ H ₆ , также были проанализированы для исследования выбросов. картины при разных температурах.

1. Введение

Уголь — это традиционное топливо, которое используется в тепловой энергетике. электростанции десятилетиями вырабатывают электроэнергию, а сжигание угля считается основным генератором твердых частиц и производителем углекислый газ. ¹ Общие выбросы CO ₂ в Китае увеличились на 340% с 1990 года и составили 9191 тонну. в 2017 г., и не менее 80% выбросов CO ₂ вызваны сжигание угля, на долю которого приходится 59% энергии страны использование. ^2,3 Более 600 млн тонн угля, на долю которых пришлось 1260 млн тонн выбросов CO ₂ в 2018 году расходуется на выработку электроэнергии, несмотря на снижение пять лет подряд в США. ⁴⁻⁶ Экономическая деятельность в Европе, кроме Великобритании, выпущено 4 млрд тонн эквивалентов CO ₂ в 2019 году. ⁷ ЕС обязался сократить выбросы CO ₂ на 80–95 %. до 2050 г. ⁸ Биомасса общепринята как тип углеродно-нейтрального топлива, потому что оно может хранить углерод, в то время как растут за счет фотосинтеза. ⁹ Для этого По этой причине многие страны сконцентрировались на использовании биомассы. Только В 2018 г. 4% потребления энергии в Китае приходилось на биомассу. ¹⁰ Однако в соответствии с Парижским соглашением 2016 г. Китай обязался преобразовать 20% своих энергоресурсов в неископаемые топливная энергия к 2030 г. ³ Возобновляемая энергия в Соединенных Штатах составляет 11% потребления первичной энергии, из которых 5% приходилось на биомассу в 2018 году. ⁶ На биомассу в Европе приходилось примерно 9% первичных возобновляемых производство электроэнергии в 2019 году. ¹¹ По сравнению с уголь, биомасса является чистым и возобновляемым источником энергии из-за его углеродно-нейтральное свойство и относительно низкое содержание серы и азота. Поэтому биомасса считается альтернативным ресурсом ископаемому. топлива для сжигания и становится центральной точкой в ​​области энергетики использование.

Совместное сжигание угля и биомассы снижает экономические стоимость, потому что существующая оборудование электростанции может быть использовано непосредственно или после применения незначительных корректировки. ¹² Высокое содержание щелочных земные металлы и летучие вещества, а также низкое содержание серы а азот при совместном сжигании угля и биомассы может снизить выбросы загрязняющих веществ. газовые выбросы. ¹³⁻¹⁶ Molcan et al. ¹⁷ продемонстрировали снижение в SO _X выбросы при совместном сжигании угля с биомассы при различных соотношениях смеси в диапазоне от 0 до 20% по сравнению с только сжигание угля. Оставшаяся щелочноземельная зола от совместного сжигания может содержать SO ₂ , что также может привести к снижению выбросов SO ₂ . ¹⁸⁻²¹ Dan et al. ²² продемонстрировано с более с макроэкономической точки зрения выбросы, включая, помимо прочего, SO ₂ , прогнозируются в низком диапазоне 15–82% в течение сжигание смешанного топлива (20% лесной биомассы и 80% угля).

Соединения азота выделяются в основном в виде NO, NO ₂ , NH ₃ , HCN и следов N ₂ O. Дано что биомасса имеет различное содержание азота, совместное сжигание угля и биомасса снижает выбросы газообразного азота и явно увеличивает биомассу дробь при снижении NO _X по сравнению с только сжигание угля. ^15,23−29 Dong et al. ³⁰ смоделировал процесс совместного сжигания биомассы и угля в тангенциальном пылеугольном котле мощностью 600 МВт с другой точки зрения; их результаты показали, что выбросы NO продемонстрировать снижение на 50–70% при впрыске отработавших газов в нижнем слое котла.

Несмотря на многочисленные преимущества, совместное сжигание биомассы и лигнита имеет следующие ограничения. Высокое содержание влаги и низкое энергопотребление плотность сырой биомассы ухудшает горючие свойства и подавляет эффективность сгорания при снижении измельчаемости из-за его высокой содержание волокна. ³¹⁻³³ Высокое содержание летучих веществ, но отсутствие фиксированных углерода в некачественных бурых углях характеризуют его как вид топлива с низкой теплотворной способностью. ³⁴ Такие характеристики биомассы и бурого угля ухудшаются условия горения и стабильность огня. ³⁵ Таким образом, модернизация технологий биомассы и низкокачественного бурого угля, такие как газификация, пиролиз, и совместное сжигание с различными видами топлива. ^36,37

Совместный пиролиз угля и биомассы привлек значительный исследовательская работа внимание из-за его способности значительно улучшать качество биомассы. компенсируя выброс загрязняющих веществ в окружающую среду. ³¹ Совместная газификация биомассы и угля обычно проводимые при высоких температурах (500–900 °C), могут способствовать эффективное использование энергии. ³⁸ Удаление большей части влаги и некоторых загрязняющих веществ как из биомассы (200–300 °C) и угля (200–300 °C) путем торрефикации. (пиролиз, проводимый при низких температурах) может обеспечить стабильную, чистую, и смесевое топливо с высокой плотностью энергии. ³⁹⁻⁴⁴ Торрефикация в атмосфере чистого азота (низкое содержание или отсутствие концентрации кислорода) заметно снижает гидрофильность и сводит к минимуму биоразлагаемость. Продвижение содержания фиксированного углерода и гидрофобии мощность торрефикации может улучшить профиль горения и продлить время хранения. ^13,18 Singh et al. ³⁹ определено, что полное разрушение гемицеллюлозы содержание как в красном клене, так и в желтом тополе при торрефикации при 300 °С в атмосфере азота улучшили измельчаемость; это вывод согласуется с результатами предыдущих исследований. ^33,34 Мягкий пиролиз высвобождает многие загрязняющие элементы, такие как хлор, азот и сера в газовую фазу. ⁴⁵ Синергия между углем и биомассой благодаря каталитическим эффектам минералов в биомассе при сопиролизе. ⁴⁶ С другой стороны, летучие вещества в биомассе высвобождаются в основном при низких температуры, в то время как летучие вещества в угле выделяются при высоких температурах также может усилить синергетический эффект. ⁴⁷ Кроме того, совместный пиролиз угля и биомассы улучшает десульфурацию угля из-за свойства донора водорода биомассы, что позволяет легко выделение серы в виде H ₂ S. ^48,49 Cordero et al. ⁵⁰ сопиролиз с высоким содержанием серы уголь и четыре остатка биомассы, а Blesa et al. ⁵¹ совместно переработанный уголь и биомасса для наблюдения за усиленной сероочисткой в пиролизном газе. При этом сера фиксируется в виде CaS и CaSO ₄ вместо выброса в атмосферу при горении из-за присутствия щелочных и щелочноземельных металлов при сопиролизе. ^52,53 По содержанию азота, Юань и др. ⁵⁴ определили, что совместная обработка биомассы и угля может преобразовать уголь-N в летучий N, что облегчает NO _X выбросы при сгорании.

Согласно обзору литературы, ограниченные исследования сосредоточены на выделение серы и азота при сопиролизе бурого угля и биомасса. Поэтому эта работа была сосредоточена на выбросах газов во время сопиролиз стеблей кукурузы и угля в диапазоне температур 300–900 °С, в атмосфере чистого азота и при время пребывания 3–8 мин для определения характера высвобождения соединений серы и азота. При более высоких температурах более ароматный кольца имеют тенденцию распадаться на легкие углеводороды и выделять больше загрязняющих веществ газы, такие как NH ₃ , HCN и SO ₂ . В это время, каталитический эффект щелочноземельных металлов можно наблюдать более четко. Основываясь на статусе совместного сжигания угля с биомассой, это отчет, направленный на улучшение выброса соединений серы и азота из топлива для высокой экономической и экологической эффективности энергетики утилизация растений. Десульфурация и денитрификация могут эффективно избегать коррозии дымовых газов на электростанциях и коллективно решать побочные продукты. Было выделено 44,82% азота угля. при 900°С, а 76.39% серы в кукурузной соломе было выделено при 600 °С. Летучие вещества, выделяемые при сопиролизе, в том числе H ₂ , CH ₄ и CO могут быть синтезированы в сжиженный природный газ (СПГ). Эти летучие вещества можно сжигать непосредственно для обеспечения тепла, необходимого для процесса сопиролиза, чтобы сделать весь процесс самодостаточен. № _X , HCN, NH ₃ и SO ₂ отслеживаются с помощью преобразования Фурье. инфракрасная (FTIR) спектрометрия во время сопиролиза в лабораторных условиях горизонтальная трубчатая печь.

2. Результаты и обсуждение

2.1. Уголь Выход

Уголь, полученный при пиролизе образует пористый материал из-за выхода летучих веществ. ⁴⁰ Основываясь на нашей предыдущей работе и другой литературе, металлические элементы, такие как кальций и железо, могут обогатить пористую структуру при пиролизе. ⁵⁶ Следовательно, уголь может использоваться в качестве поглотителя загрязняющих веществ в определенной атмосфере.

Ошибка показанные столбцы представляют собой одно стандартное отклонение точек данных в каждом случае.Неточность в данных из-за нечеловеческих факторов, таких как ограничения аппаратуры точность во время эксперимента. Выход угля, φ, рассчитывается следующим образом:

1

образцов уменьшается с увеличением температура из-за термического разложения гемицеллюлозы и т.п. вещества в биомассе и полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) в угле. Примечательно, что уголь имеет более высокий выход полукокса по сравнению с биомассой. и смешанное топливо при той же температуре из-за его высокого содержания связанного углерода, который не может разлагаться в атмосфере азота.

Выход угля угля, кукурузной соломы и смесевого топлива после пиролиза.

В отличие от биомассы, ПАУ, основной компонент угля, сильно связанный и устойчивый к разложению. ⁵⁷ Биомасса, вероятно, распадается на легкие газовые продукты при умеренных температурах из-за разницы в структуре. Выход угля из биомассы продемонстрирован минимальные изменения с повышением температуры, поскольку его основные компоненты, такие как гемицеллюлоза, целлюлоза и лигнин, полностью разложившиеся при температурах ниже 700°С. ⁵⁸

показывает тот 95,57 мас. % угля остается при температуре 300 °С, а 65,48 мас. % угля и только 27,06 мас. % биомассы сохраняются при температуре 900 °С. Видимая разница между углем и биомассой указана что уголь имеет более высокое содержание связанного углерода, в то время как биомасса имеет более высокое летучее содержимое; этот результат согласуется с выводами предыдущих исследования. ^46,59

Расчетный и опытный выход угля смешанное топливо после пиролиз.

Как показано на , профиль пиролиза смешанного топлива отличается по сравнению с те из угля и биомассы и больше похожи на компромисс угля и биомассы. Следовательно, синергетический эффект биомассы и угля при сопиролизе исследуется путем расчета выхода полукокса, φ′, следующим образом

2

По сравнению с экспериментальными значениями, рассчитанный значения относительно выше при 400, 500, 700, 800 и 900 °C, как изображено на . Синергетический эффект незначителен из-за ограниченного интерфейса между биомассой и углем.Тем не менее, Kastanaki ⁶⁰ подчеркнул заметный синергетический эффект между газом и твердым телом. фазы. Высокое содержание водорода в биомассе, вероятно, играет синергетическую роль. роль донора водорода при сопиролизе. Свободные радикалы водорода намереваются взаимодействовать с ароматическими соединениями в угле и распадаться на газообразные продукты.

Высокое содержание золы щелочноземельных металлов (ЩЗМ) в биомассе играет важную роль в каталитическом эффекте. ^47,48,61 Легкое поглощение полярных газообразных продуктов в твердой фазе щелочноземельными металлами увеличивает выход угля после пиролиза.Синергетический эффект можно точно оценить когда мы ориентируемся не только на урожайность, но и на состав и количество продуктов пиролиза.

2.2. Эволюция серосодержащего газа

As показано в таблице 3, более высокое содержание кислорода и водорода в биомассе по сравнению с угля может объяснять тенденцию увеличения содержания серосодержащего газа выпуск. иллюстрирует процентное содержание серы в пересчете на COS и SO ₂ в газовая фаза. Максимальная конверсия наблюдалась в кукурузной соломе. образца при 600 °С и достигла 76.39 мас.%. Свободные радикалы образующиеся при пиролизе биомассы, ответственны за высокую степень конверсии серы. Низкая степень переработки угля и смесей топливо связано с выбросами H ₂ S, ⁶² , которые не показаны в . Даже минимальная скорость превращения серы в смеси топлива с серосодержащим газом достигла 12,73 мас. % при температуре 300°С. Смешанное топливо получило более высокую степень конверсии, чем угля при низких температурах (300–400 °С) из-за высокой содержание летучих в биомассе.Летучие вещества, выпущенные в начале пиролиза способствует разложению ПАУ в угле. ^47,51 Однако минимальное выделение серы происходило в виде COS и SO ₂ при повышении температуры из-за истощения летучих и поглощение AAEM. Уголь выделяет минимальное количество серы в виде COS и SO ₂ при низких температурах (300–600 °C), так как содержание серы в угле в основном имеет тиофеновую структуру, которую трудно разложить. ⁶³

Доля S, выпущенная в виде COS и SO ₂ .

2.2.1. COS

Железный пирит является основной формой неорганической серы, содержащейся в угле. Разложение железа пирита в FeS и S в инертной атмосфере можно выразить следующим образом ^62,64

3

Фиксированный углерод реагирует группа в образце и генерирует CO . Помимо реакции выше, железный пирит и FeS также реагируют с CO и образуют COS. ⁶³

4

5

До 47,88 мас. % серы в кукурузной соломе может выделяться в виде COS при температуре 600 °C. Выбросы COS способствуют при низких температурах за счет участия биомассы, в соответствии с . Однако синергетический эффект отрицательно сказывается на высоких температурах. из-за высокого содержания щелочноземельных металлов и истощения летучие вещества.

Процентное содержание серы, высвобождаемой в виде COS.

Предыдущее исследование показало, что скорость разложения железа пирит увеличивается с повышением температуры и достигает максимума точка в диапазоне температур 550–600 °С. ⁶² Согласно Формуле 4 выбросы COS увеличивались с увеличением концентрации железного пирита. Этот вывод согласуется с результаты показаны в . Железный пирит полностью превращается в FeS при 700 °С. Примечательно, Производство COS снижается при уменьшении концентрации железного пирита. Минимальное количество CO образуется в результате окислительной реакции связанного углерода при высоких температурах. температурах, но потребляется для производства CO ₂ из-за высокого реакционная способность кислородсодержащих групп. ⁶⁵

6

Дополнительные ароматические кольца, разрушенные при высоких температурах вызвал реакцию между свободными водородными радикалами и S и впоследствии произведено H ₂ S.На основе этой реакции проявляется тенденция выбросов COS обоснованно снизились. Поглощение щелочной земли металлы также очень важны для снижения выброса COS.

Добавление биомассы оказывает ингибирующее действие на образование COS по сравнению с пиролизом угля в интервале температур 500–900°С, как показано на рис. Кроме того, выбросы COS составили 0,71 мг/г. снижается за счет синергетического эффекта при 500 °С. Высокое содержание щелочноземельных металлов в биомассе сыграли жизненно важную роль в улавливании серосодержащего газа, включая COS, и подавление выбросов COS в определенный диапазон температур ⁶⁶ который уменьшился после 500°С, как показано на рис.

2.2.2. SO

Неорганическая сера в угле существует в виде сульфатов и сульфитов, таких как CaSO ₄ и FeSO ₄ , которые реагируют с железным пиритом с образованием СО ₂ . SO ₂ образовался также при пиролизе сульфоны, но органические сульфоны практически отсутствуют или практически отсутствуют в угле. ⁶⁷

7

Повышение реакционной способности кислородсодержащих группы с повышением температуры объясняются возрастающей тенденцией выбросов SO ₂ .Выбросы образца достигли максимума при температуре диапазон 400–600 °С. SO ₂ выбросы кукурузы соломы стабильны даже при незначительном снижении из-за баланса окислительные и абсорбционные реакции. показывает, что высокие температуры обладают ингибирующим влияние на выброс SO ₂ , вызванное высоким содержанием щелочноземельных металлов в биомассе. SO ₂ поглощается щелочноземельные металлы с образованием сульфидов и сульфатов в твердом теле фаза. С другой стороны, SO ₂ также может реагировать с нарушенным ароматические кольца с образованием тиофеновых структур стабильного характера.Выбросы H ₂ S являются еще одним фактором, влияющим на снижение выбросов SO ₂ .

Доля S, выпущенная в виде СО ₂ .

Участие биомассы в пиролиз угля, стимулированный Образование SO ₂ в интервале температур 300–600 °С и впоследствии стал отрицательным фактором при температурах свыше 700 °С. Сравнение экспериментальных и расчетных значения выбросов SO ₂ показаны на .Синергетический эффект полностью подавление выбросов SO ₂ . Наличие щелочной земли металлы в биомассе были важным фактором, который необходимо учитывать при подавлении выбросов SO ₂ из-за их способности улавливать SO ₂ . Кроме того, реакция между свободными водородными радикалами и серосодержащие соединения произвели значительное количество H ₂ S, что уменьшило выбросы SO ₂ .

Синергический эффект на выпуск SO ₂ .

2.2.3. Баланс серы при пиролизе

Трансформация доля серы в COS и SO ₂ , сера указаны удержание в угле и баланс серы при сопиролизе в таблице 1. Сера удерживаемая в твердом продукте, достигала минимальной точки при температуре диапазон 600–700 °С. Однако норма неучтенной серы ибо в эксперименте увеличивается с повышением температуры за счет H ₂ Выбросы S. ⁶² Снижение тенденция также может быть связана с дефектом резиновой трубки, которая поглощает часть серосодержащих газов во время эксперимента.Тар, который включает некоторое количество серосодержащих веществ, образовалось при сопиролизе но исключены из этого исследования.

Таблица 1

Конверсия S в процессе Сопиролиз биомассы и угля

температура (°C)	высвобождено в виде SO 2 (%)	высвобождено в виде COS (%)	оставшееся в твердых продуктах (%)	неучтено (%)
300	14,96	24. 86	49,04	11,14
400	19,39	18,84	31,12	30,65
500	21,37	18,32	41,39	18,92
600	17,94	18.24	26.77	37.05
700	900	9. 10	9.10	14.14	28.74	48.02	48.02
800 83	5.16	9.26	9.26	33.39	52.19
900	5.71	7.02	7.02	34.90	52.90	52. 37

2.3. Эволюция азотсодержащего газа

Азотсодержащие газы в основном испускается в виде HCN, NH ₃ , и NO при пиролизе. Высокое содержание кислорода и водорода в биомасса стимулировала выбросы азотсодержащих газов из угля. Как показано на графике, уголь демонстрировал максимальные выбросы азотсодержащего газа. из-за высокого содержания неорганических азотсодержащих веществ и скорее всего выделяют в газовой фазе.Азот в основном содержится в кукурузной соломе. как органический компонент, устойчивый к разложению. Пиридиновый азот, пиррол, четвертичный азот и оксид азота являются основными формами азота в кукурузной соломе. Ароматические гетероциклические соединения, такие как пиридиновые нуклеотиды и нуклеиновые кислоты являются основными формами азота. в угле. ⁶⁸ Следовательно, кукурузная солома выпущена минимальное количество азотсодержащих газов. Добавление кукурузы солома способствует адсорбции HCN и снижает выбросы HCN из-за высокого содержания щелочноземельных металлов. ⁶⁹

Процент азота, выпущенного в форме HCN и NH ₃ .

2.3.1. HCN

Выбросы HCN увеличиваются с повышение температуры, как показано на рис. Достигнут уголь, смешанное топливо и кукурузная солома. наибольшая скорость эмиссии 11,29, 6,38 и 6,03 мас.% соответственно, при 900 °С. Bassilakis ⁷⁰ и Schäfer ⁷¹ выявили следующий механизм перехода из HCN в NH ₃ , что, вероятно, вызывает реакцию HCN с водородом свободных радикалов в порах угля и образует NH ₃

8

Пиридиновый азот, связанный с гетероциклическим соединения через одну одинарную связь и одну двойную связь могут привести к выпуск группы −CN и немедленный перевод в HCN.Азотсодержащие гетероциклы быстро разрушаются и образуется HCN. в больших количествах с повышением температуры. Пиррол легко превращается с NH ₃ за счет двух одинарных связей, соединяющих азот в гетероцикл.

Процент азота, выпущенного в форме HCN.

Как показано на рисунке, значительная разница между рассчитанными и экспериментальные значения показывают, что синергетический эффект существует между биомассой и углем при совместном пиролизе. Синергетический эффект увеличивается с повышением температуры и достигает 3.14 мг/г HCN снижается при сопиролизе при 900 °С.

Синергический эффект на Выбросы HCN.

2.3.2. NH

NH ₃ выбросы в эксперименте относительно низки по сравнению с данными предыдущие исследования, ^54,70 но тенденция выбросов согласуется с выводами Ву. ⁷² скорость выброса NH ₃ сначала увеличилась, а затем уменьшилась с повышением температуры в интервале температур 600–900 °С и достигала 2.44 мас. % при 700 °С. Примечательно, что выброс угля больше N в форме NH ₃ по сравнению с кукурузной соломой и смешанное топливо, потому что N в белке с трудом производит NH ₃ . Дополнительный NH ₃ образуется в результате реакции между большими молекулами, содержащими N и свободные радикалы водорода при высокие температуры. ⁷³ Повышенные выбросы NH ₃ при высоких температурах обусловлены активным разложением летучих веществ, образующих NH ₃ .Незначительное снижение Выбросы NH ₃ в угле и кукурузной соломе обусловлены синергетическим реакция между олефином и NH ₃ , в результате которой образуется нитрил.

Смешанное топливо демонстрирует более низкие выбросы NH ₃ , чем уголь в диапазоне температур 300–700 °С, как показано на рис. Сопиролиз биомассы и угля может эффективно подавлять выбросы NH ₃ . NH ₃ (0,13 мг/г) восстанавливался при высоких температурах, таких как до 700 °C, благодаря синергетическому эффекту биомассы и угля при сопиролизе.Синергетический эффект незначителен, и только 0,003 мг/г NH ₃ уменьшились при 900 °C ().

Процент выпущенного азота в форме NH ₃ .

Синергетический влияние на выбросы NH ₃ .

2.3.3. Азотистый баланс при сопиролизе

Скорость превращения азота в различные формы, такие как NO, HCN, NH ₃ и оставшиеся в твердых продуктах суммируются. в табл. 2. Результаты указывают на устойчивость азота к выделению в виде газ даже при высоких температурах (азот, удерживаемый в твердом состоянии, может достигать до 57.55 мас.% при 900 °C), так как в основном присутствует азот в виде трудно поддающихся разложению органических веществ. ^68,69 Часть азота, исключенная из результата, может быть отнесена к азот в смоле, который игнорируется в эксперименте.

Таблица 2

Преобразование азота при сопиролизе биомассы и угля

температура (°C)	выделяется в виде NO (%)	выделяется в виде HCN (%)	выделяется в виде NH 3 (%)	остается в твердых продуктах (% )	не учтено (%)
300	0. 28	0,89	0,01	97,72	1,10
400	0,01	1,72	0,00	84,30	13,97
500	0,23	0,99	0,01	75.89	22.88
600
600	0. 15	2.48	0,08	0,08	71.71	25.58	25.58
700 3	0,22	4.27	0,78	62,33	32,40
800	3,90	6,72	1,18	60,99	27,21
900	14,59	10,63	2,00	57,55	15. 23

2.4. Выбросы обычного газа

Отдельно от азот- и серосодержащих газов, выделяющихся при пиролизе, также выделяются некоторые обычные газы, такие как алкан и олефин.CH ₄ , C ₂ H ₆ и CO контролируются во время пиролиз, и результаты проиллюстрированы в –.

CH ₄ Выбросы в инертной атмосфере.

Выбросы CO в инертной атмосфере.

CH ₄ и C ₂ H ₆ выбросы показано в и соответственно. CH ₄ выбросы всего образцы явно увеличиваются с ростом температуры из-за разложение длинноцепочечных углеводородов и некоторых ароматических соединений.Однако выбросы C ₂ H ₆ продемонстрировали внезапный снижение при 700 °C из-за вторичного разложения C ₂ H ₆ . ⁷⁴ Небольшой спад в CH ₄ выбросы от проб угля наблюдались при 800 °С.

C ₂ H ₆ выбросы в инертной атмосфере.

Выбросы CO минимальны при низких температурах (300–600 °С) при мягком пиролизе. Продукты пиролиза карбоксильных и карбоксильных ангидридом кислоты являются в первую очередь углекислый газ.CO ₂ реагирует с фиксированным углеродом в восстановительной атмосфере и производит CO, который вызывая высокие выбросы CO при высоких температурах. С другой стороны, высокие температуры позволяют легко разлагать кислородсодержащие соединения, такие как хинонил, карбоксил и пироны. Как показано на рис., кукурузная солома демонстрирует более высокие выбросы CO из-за более высокого содержания кислорода по сравнению с уголь.

3. Выводы

Выбросы COS, SO ₂ , HCN, NH ₃ , CO, CH ₄ и C ₂ H _{2 из пиролиза кукурузы В этом исследовании исследовались солома, уголь и их смешанное топливо.Примечательно, что многие элементы-загрязнители, такие как сера и азот, выпущены в разных формах. В общем, пиролиз угля и кукурузной соломы может улучшить профиль сгорания оставшихся уголь и уменьшить выбросы загрязняющих газов. Сопиролиз угля а кукурузная солома может подавлять выбросы некоторых газов. Результаты экспериментов по пиролизу в инертной атмосфере при температуре печи интервале 300–900 °С выявлено следующее:}

• (а)

  кукурузная солома, уголь, и смешанное топливо уменьшилось на 15.43, 30,09 и 24,44% с температурой повышается с 300 до 900 °С.

• (b)

  Выбросы COS от пиролиза смешанного топлива уменьшилось, но сначала увеличилось, а затем уменьшилось от угля и кукурузы соломы с повышением температуры. Выбросы COS от угля и кукурузы солома достигала максимума при 500 и 600 °С соответственно. Синергетический эффект между биомассой и углем в основном функционировал как отрицательный фактор и был наиболее значим при 500 °С. COS (0,71 мг/г) выбросы снижены за счет его подавления и адсорбции от высокого содержания щелочноземельных металлов в кукурузной соломе.

• (в)

  SO ₂ выбросы вырос сначала достиг максимума в диапазоне температур 500 °C, а затем уменьшился. Синергетический эффект на выбросы SO ₂ был подавлен. при высоких температурах (600–900 °C), поскольку высокое содержание щелочноземельных металлов в кукурузной соломе может поглощать SO ₂ в в виде сульфитов и сульфатов. Кроме того, высокое содержание летучих в кукурузной соломе способствовал выбросу H ₂ S и впоследствии уменьшил выпуск COS и SO ₂ .

• (г)

  До 44,82 мас. % азота выделяется как NH ₃ и HCN из угля, и 12,62 мас.% азота выделялся в газовую фазу из смесевого топлива при 900 °С. То смешанное топливо продемонстрировало отрицательный синергетический эффект на азот выбросы по сравнению с кукурузной соломой, потому что азот присутствует в кукурузная солома в основном в виде белка, который трудно разложился.

• (e)

  CH ₄ выбросы увеличились при повышении температуры при выбросах C ₂ H ₆ немного уменьшилась при 700 °C из-за разложения C ₂ H ₆ до CH ₄ при высоких температурах. Выбросы CO увеличивается с повышением температуры.

4. Экспериментальная часть

4.1. Сырье

Бурый уголь получен из Синьцзянского бассейна Чжунгер и измельчена до размера 75–125 мкм, который был охарактеризован в предыдущем исследовании. ⁵⁵ Измельченная кукурузная солома, полученная криогенным помол был получен из Харбинского технологического института, Китай, затем просеивают до размера частиц 125–250 мкм. Смешанное топливо, состоящее из угля и кукурузной соломы, было смешано в массе. соотношение 1:1.Все образцы были высушены в сушильном шкафу при температуре 105°С и затем хранят в течение 24 ч для удаления внешней влаги перед испытанием.

Непосредственный и окончательный результаты анализа, указанные в Таблице 3, показали, что кукурузная солома высокая летучесть и содержание водорода.

Таблица 3

Результаты Ближайшего и Конечного Анализы ^a

	непосредственные анализ (мас. %)				конечная анализ (% масс)
образцов	М	V 91 551 объявления	91 551 объявления	FC 91 551 объявления	С	Н	S	N	O*
бурый уголь уголь	3.01	34,90	3,31	58,78	73,30	4,10	0,32	0,74	21,54
кукурузы соломы	7,40	80,92	2,52	9,16	42,55	6,61	0,531	3,63	38,88

Проведен экспресс-анализ вне согласно GB/T 212-2008 Китайский стандарт в электрической духовке (5E-DHG, Changsha Kaiyuan Instruments ООО, Китай) и муфельной печи (5E-MF6000, Changsha Kaiyuan Instruments ООО, Китай). Окончательный анализ углерода, водорода, азота, серы – с помощью анализатора элементов (Thermo Flash3000, Elementar Ltd.) в соответствии со стандартами GB/T 30733-2014 и GB/T 214-2007.

4.2. Экспериментальное оборудование и процедура

Пиролиз проводилась в лабораторной трубчатой ​​печи под атмосфера азота. Лодочка сгорания, заряженная частицами топлива помещали в середину трубы печи и нагревали при 300, 400, 500, 600, 700, 800 и 900 °С, а затем выдерживали в течение 10 мин.

И биомасса, и уголь нагревались в кварцевых котлах с электроприводом. горизонтальная трубчатая печь (), в которой можно регулировать температуру с помощью АИ-518П контролер (юдиан). Частицы топлива располагались в середине площадь нагрева лодочки для сжигания глинозема. Смесь 300 мг биомассы и 300 мг угля помещали в лодочку для сжигания. То кварцевая трубка имеет длину 1,5 м и внутренний диаметр 4 см, в т.ч. зона обогрева 1м. Температуру стенки печи контролировали. с помощью термопары типа S.