Особливості спільного спалювання біомаси та вугілля українських покладів в факельних котлоагрегатах

Abstract

Дисертація присвячена визначенню оптимальних умов спільного спалю-вання вугілля з твердою біомасою у вітчизняних котлоагрегатах. В потоковому реакторі проведено експериментальні дослідження зі спільного факельного спа-лювання антрациту з деревиною сосни, а також газового вугілля з пелетами со-сни, соломи пшениці та лушпинням соняшника та визначені їх оптимальні спів-відношення, що забезпечують найбільший ступінь вигоряння суміші палив. На-ведено методику обрахунку та на основі термогравіметричних досліджень тер-мічного розкладу, розраховані кінетичні константи для стадій зневоднення, ви-ходу летких та горіння коксового залишку для сумішей зразків антрациту з пе-летами сосни та соломи пшениці, а також для зразків твердої біомаси, доступної в Україні. Представлено результати експериментів з визначення оптимальних з точки зору швидкості горіння та витрат на подрібнення розмірів часточок біо-маси пелет деревини сосни, соломи пшениці та лушпиння соняшника в лабора-торній установці киплячого шару. Розроблено схему запровадження технології спільного спалювання на котлах ТПП-210А. Представлено результати теплового розрахунку котла ТПП-210А для заміщення 10% його потужності пелетами сосни.The dissertation is devoted to determination of optimal conditions of coal with solid biomass co-firing in domestic boilers. Experimental studies of anthracite with pine wood co-firing, as well as bituminous coal with pine pellets, wheat straw and sunflower husks were carried out in the flow reactor and their optimal ratios were determined, which provide the highest degree of fuel mixture combustion. The method of calculation and on the basis of thermogravimetric studies of thermal decomposition, calculated kinetic constants for the stages of dehydration, volatile and charcoal com-bustion residue for mixtures of anthracite samples with pellets of pine and wheat straw, as well as for samples of solid biomass of Ukraine. The results of experiments to de-termine the optimal in terms of burning rate and grinding costs of biomass pine wood pellets particle size, wheat straw and sunflower husks in a laboratory fluidized bed stand are presented. The scheme of introduction of co-firing technology on TPP-210A boilers is developed. The results of thermal calculation of the boiler TPP-210A to re-place 10% of its capacity with pine pellets are presented. For the first time, the possibility of Donetsk anthracite efficient pulverized com-bustion with pine wood in a flow reactor was experimentally established. The share of anthracite replacement by pine wood was established, which provides the highest com-pleteness of anthracite burning in the torch, which is 9.3% by heat. It has been experi-mentally established that, with the same share of anthracite substitution in all experi-mental modes, wood provides 7-12% greater completeness of coal combustion than natural gas due to greater emissivity. Experimentally established thermal particles of replacement of gas coal with biomass that provide the maximum degree of coal burning during pulverized combustion, and which are for pine wood - 11%, sunflower husk - 7% and wheat straw - 12%. Kinetic constants for all stages of thermal decomposition of the most common solid biomass of Ukraine samples were obtained and compared with known literature data, which showed significant differences in its reaction rate, which indicates the need to determine the kinetic characteristics for each fuel. Designs of two vortex pre-furnaces (horizontal and vertical) for complete re-placement of coal with biomass in coal boilers DKVR 2,5 t / h or for partial replace-ment of coal with steam productivity 4, 6,5, 10 t / h are developed. The horizontal version of the pre-furnace is made. The horizontal version of the pre-furnace is made. It is shown that when replacing 10% of the thermal fraction of anthracite with pine pellets on the boiler TPP-210A provides an acceptable level of temperature in the fuel and increases the efficiency of the boiler by 0.43% compared to burning 100% anthra-cite. It is shown to reduce emissions of sulfur oxides by 9.8% and nitrogen oxides by 5.5% with the introduction of joint combustion of pine pellets with anthracite on the boiler TPP-210A, which leads to savings of UAH 5.81 million annually on environ-mental payments.