Дослідження режимів термообробки біомаси та торфу у виробництві композиційного біопалива

Термообробка торфу та біомаси дозволяє підвищити енергетичні характеристики біопалива та потребує визначення режимних параметрів обробки для кожного виду сировини. В статті розглянуто вплив температури обробки торфу та біомаси на кінцеві характеристики біопалива, запропоновано ефективне впровадження...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2017
Автори:	Снєжкін, Ю.Ф., Корінчук, Д.М., Безгін, М.М.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Інститут технічної теплофізики НАН України 2017
Назва видання:	Промышленная теплотехника
Теми:	Возобновляемая энергетика
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142335
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Дослідження режимів термообробки біомаси та торфу у виробництві композиційного біопалива / Ю.Ф. Снєжкін, Д.М. Корінчук, М.М. Безгін // Промышленная теплотехника. — 2017. — Т. 39, № 1. — С. 53-57. — Бібліогр.: 3 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-142335
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1423352018-10-06T01:23:02Z Дослідження режимів термообробки біомаси та торфу у виробництві композиційного біопалива Снєжкін, Ю.Ф. Корінчук, Д.М. Безгін, М.М. Возобновляемая энергетика Термообробка торфу та біомаси дозволяє підвищити енергетичні характеристики біопалива та потребує визначення режимних параметрів обробки для кожного виду сировини. В статті розглянуто вплив температури обробки торфу та біомаси на кінцеві характеристики біопалива, запропоновано ефективне впровадження термообробки на виробництві. Термообработка торфа и биомассы позволяет повысить энергетические характеристики биотоплива и требует определения режимных параметров обработки для каждого вида сырья. В статье рассмотрено влияние температуры обработки торфа и биомассы на конечные характеристики биотоплива, предложено эффективное внедрение термообработки на производстве. Heat treatment of peat and biomass allows to increase the energy performance of biofuels and for each type of treatment raw materials operational parameters necessary to determine. In the article the authors consider the influence of temperature treatment of peat and biomass for biofuels final characteristics and offer the effective implementation of heat treatment at manufacturing. 2017 Article Дослідження режимів термообробки біомаси та торфу у виробництві композиційного біопалива / Ю.Ф. Снєжкін, Д.М. Корінчук, М.М. Безгін // Промышленная теплотехника. — 2017. — Т. 39, № 1. — С. 53-57. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. 0204-3602 DOI: https://doi.org/10.31472/ihe.1.2017.08 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142335 662.7 uk Промышленная теплотехника Інститут технічної теплофізики НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Возобновляемая энергетика Возобновляемая энергетика
spellingShingle	Возобновляемая энергетика Возобновляемая энергетика Снєжкін, Ю.Ф. Корінчук, Д.М. Безгін, М.М. Дослідження режимів термообробки біомаси та торфу у виробництві композиційного біопалива Промышленная теплотехника
description	Термообробка торфу та біомаси дозволяє підвищити енергетичні характеристики біопалива та потребує визначення режимних параметрів обробки для кожного виду сировини. В статті розглянуто вплив температури обробки торфу та біомаси на кінцеві характеристики біопалива, запропоновано ефективне впровадження термообробки на виробництві.
format	Article
author	Снєжкін, Ю.Ф. Корінчук, Д.М. Безгін, М.М.
author_facet	Снєжкін, Ю.Ф. Корінчук, Д.М. Безгін, М.М.
author_sort	Снєжкін, Ю.Ф.
title	Дослідження режимів термообробки біомаси та торфу у виробництві композиційного біопалива
title_short	Дослідження режимів термообробки біомаси та торфу у виробництві композиційного біопалива
title_full	Дослідження режимів термообробки біомаси та торфу у виробництві композиційного біопалива
title_fullStr	Дослідження режимів термообробки біомаси та торфу у виробництві композиційного біопалива
title_full_unstemmed	Дослідження режимів термообробки біомаси та торфу у виробництві композиційного біопалива
title_sort	дослідження режимів термообробки біомаси та торфу у виробництві композиційного біопалива
publisher	Інститут технічної теплофізики НАН України
publishDate	2017
topic_facet	Возобновляемая энергетика
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142335
citation_txt	Дослідження режимів термообробки біомаси та торфу у виробництві композиційного біопалива / Ю.Ф. Снєжкін, Д.М. Корінчук, М.М. Безгін // Промышленная теплотехника. — 2017. — Т. 39, № 1. — С. 53-57. — Бібліогр.: 3 назв. — укр.
series	Промышленная теплотехника
work_keys_str_mv	AT snêžkínûf doslídžennârežimívtermoobrobkibíomasitatorfuuvirobnictvíkompozicíjnogobíopaliva AT korínčukdm doslídžennârežimívtermoobrobkibíomasitatorfuuvirobnictvíkompozicíjnogobíopaliva AT bezgínmm doslídžennârežimívtermoobrobkibíomasitatorfuuvirobnictvíkompozicíjnogobíopaliva
first_indexed	2025-07-10T14:47:19Z
last_indexed	2025-07-10T14:47:19Z
_version_	1837271711428378624
fulltext	ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2017, т. 39, №1 53 ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА УДК 662.7 ДОСЛІДЖЕННЯ РЕЖИМІВ ТЕРМООБРОБКИ БІОМАСИ ТА ТОРФУ У ВИРОБНИЦТВІ КОМПОЗИЦІЙНОГО БІОПАЛИВА Снєжкін Ю.Ф., докт. техн. наук, чл.-кор. НАНУ, Корінчук Д.М., канд. техн. наук, Безгін М.М. Інститут технічної теплофізики НАН України, вул. Желябова, 2а, Київ, 03680, Україна Термообробка торфу та біомаси дозволяє підвищити енергетичні харак- теристики біопалива та потребує виз- начення режимних параметрів обробки для кожного виду сировини. В статті розглянуто вплив температури обробки торфу та біомаси на кінцеві характери- стики біопалива, запропоновано ефек- тивне впровадження термообробки на виробництві. Бібл. 3, рис. 5. Ключові слова: тверде біопаливо, термічна обробка, зневоднення, розкладання, теплота згорання. Термообработка торфа и биомас- сы позволяет повысить энергетические характеристики биотоплива и требует определения режимных параметров об- работки для каждого вида сырья. В ста- тье рассмотрено влияние температуры обработки торфа и биомассы на конеч- ные характеристики биотоплива, пред- ложено эффективное внедрение термо- обработки на производстве. Heat treatment of peat and biomass allows to increase the energy performance of biofuels and for each type of treatment raw materials operational parameters necessary to determine. In the article the authors consider the influence of temperature treatment of peat and biomass for biofuels final characteristics and offer the effective implementation of heat treatment at manufacturing. В кінці ХХ століття перед людством гостро постало питання пошуку нових альтернативних джерел енергії. Причиною тому стали паливно-енергетична криза та зростаюче забруднення навколишнього середовища. В альтернативній енергетиці України найбільшого роз- витку та розповсюдження здобула біоенергетика завдя- ки доступній та дешевій сировинній базі, левовою част- кою якої є торф, відходи деревообробки, лісозаготівлі та деревообробки (кора, тирса, тріска) та відходи сільського господарства (солома, лушпиння соняшни- ка, відходи кукурудзи, круп’яного виробництва та ін.). На сьогоднішній день активно зростає інтерес до твер- дого біопалива, розробляються та вдосконалюються нові методи покращення властивостей біопалива, такі як: подрібнення, сушіння, пресування, а останнім ча- сом і термічна обробка (ТО). Застосування цих методів окремо чи в комплексі повинно бути обґрунтовано із умов зменшення вартості питомої одиниці енергії біопалива, логістичних витрат (витрати при перевезенні та зберіганні) та враховано доступність сировинної бази, об’єми виробництва, попит на ринках збуту та ін. Так подрібнення збільшує насипну вагу, вирівнює гра- нулометричний склад; пресування збільшує об’ємну щільність, дозволяє використовувати біопаливо в авто- матизованих системах опалення; сушіння та термічна обробка дозволяють підвищити питомі енергетичні ха- рактеристики біопалива за рахунок видалення вологи та баластних складових. Методи вільного чи примусового сушіння як пра- вило не дозволяють отримати біопаливо з теплотою згоряння вище 18 МДж/кг. В результаті проведення термообробки зберігається близько 70 % сухої біомаси і 90 % енергії, що за теоретичними підрахунками до- зволить підвищити теплоту згоряння до 18...25 МДж. Технологія термообробки передбачає нагрів та витрим- ку сировини в температурному діапазоні 200...350 °С, і супроводжується процесами зневоднення та термічного розкладання переважно найбільш термолабільної та найменш калорійної складової сировини ¬ геміцелюлози [1]. Якість термічно обробленого продукту зале- жить від режимних параметрів обробки (швидкість теплообмінних процесів, тривалість та температура обробки), фізичних характеристик сировини, її виду. Різні види біомаси та торф відрізняються відсотковим співвідношення основних органічних компонентів. Крім того процес термообробки біосировини супроводжується екзотермічним ефектом, що може при- звести до локального перегрівання та неконтрольовано- го розкладання сировини, виділення внаслідок розкла- дання горючих газів та виникнення пожежонебезпечної ситуації. Отже, використання єдиного режиму термічної обробки для різної за характеристиками чи видом біомаси призводить до отримання продукції різної чи невідповідної якості. Проведені дослідження впливу температури об- робки на зміну швидкості масових втрат зразків торфу, деревини та соломи за температур обробки 250 °С, 270 °С та 300 °С (рис.1–3). Кожен вид експериментальних зразків мав різну початкову вологість (деревина ¬ 7 %, солома ¬ 9 %, торф ¬ 15 %, торфо-деревинна суміш ¬ 28 %), що вплинуло на тривалість процесів під час об- робки. Представлені графіки зміни масових втрат дере- вини за різної температури обробки та їх кінетичні криві (рис. 1), що ілюструють швидкість зміни маси або інтенсивність масових втрат під час ТО. Про- цес ТО можна поділити на ділянки прогріву, сушіння та термічного розкладання (розділяються піками кінетичних кривих). Підвищення температури обробки ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2017, т. 39, №154 ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА прискорює прогрів, сушіння та розкладання сировини, як і наявність екзотермічного ефекту під час розкладан- ня. При збільшенні температури обробки з 250 °С до 270 °С швидкість масових втрат зростає в середньому в 1,7 рази. Обробка при 300°С призводить до суттєвого перегріву сировини, початку процесу коксування, що супроводжується масовими втратами понад 35 %. Через значні втрати калорійного продукту та нераціональність використання такого температурного режиму експери- мент було припинено. Тривалість обробки лімітувалась зменшенням швидкості розкладання менше 0,01г/кг·с. Масові втрати зразків по сухій речовині склали 12,1 % при 250 °С, 21,3 % при 270 °С та більше 35 % при режимі обробки в 300 °С. Рис. 1. Вплив температури обробки на зміну швидкості масових втрат деревини. В результаті термообробки зразків соломи за різних температурних режимів (рис. 2) та порівнянні отрима- них кривих виявлено, що зразки соломи характеризу- ються сильніше вираженим екзотермічним ефектом в порівнянні з деревиною. Протікання термічного роз- кладання за температури обробки 270 °С та вище, як і для деревини при 300 °С призводить до локальних перегрівів, втрат калорійного продукту, виділення горю- чих газів та як наслідок виникнення пожежонебезпечної ситуації. Масові втрати зразків соломи (сухої речови- ни) під час розкладання за температури обробки 250 °С склали 22,4 %. Рис. 2. Вплив температури обробки на зміну швидкості масових втрат соломи. Основною відмінністю в обробці торфу (рис. 3) є слабше виражений екзотермічний ефект на ділянці розкладання, що пояснюється його високими адсорбційними властивостями та складною мікро- та макроструктурою: утворенням фізико-хімічних, структурних, іммобілізованих, осмотичних та внутрішньоклітинних водневих зв’язків [2]. При підвищенні температури обробки зразків торфу з 250 °С до 270 °С швидкість масових втрат зростає в середньому в 1,6 рази та при підвищенні до 300 °С в 2,6 рази. При цьому масові втрати сухої речовини під час розкладання склали 8,1; 9,5; 14,3 % відповідно, що значно менше, ніж для деревини. Відсутність або слабкі прояви екзотермічного ефекту при темпе- ратурному розкладанні торфу є передумовою вико- ристання торфу в композиції з біомасою для вирівнювання температурних полів в зонах локальних перегрівів. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2017, т. 39, №1 55 ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА Рис. 3. Вплив температури обробки на зміну швидкості масових втрат торфу. Експериментальна перевірка підтвердила при- пущення нормалізуючого впливу торфу в суміші з біомасою. Використання торфу в композиції, напри- клад, з деревиною (рис. 4) в масових пропорціях 60 % торфу - 40 % деревини дозволило запобігти перегріванню деревини за температур обробки 300 °С та інтенсифікувати сушіння торфу завдяки різнорідній структурі компонентів та накладанню періодів процесів сушіння торфу та термічного розкладання деревини один на одного. На ділянці сушіння високі тривалість процесу та інтенсивність масових втрат пояснюється високою по- чатковою вологістю зразків (W = 28 %). При підвищенні температури обробки торфу з 250 °С до 270 °С швидкість масових втрат зросла в середньому в 1,6 рази та при підвищенні до 300 °С в 1,9 рази. При цьому масові втра- ти сухої речовини під час розкладання склали 8,7; 11; 19 % відповідно. Рис. 4. Вплив температури обробки на зміну швидкості масових втрат торфо-деревинної суміші. Під час термообробки з сировини видаляється пе- реважно зв’язана вода, діоксид вуглецю та оцтова кис- лота. Низький вміст баластних газів при спалюванні термічно обробленого біопалива робить його енерго- ефективним паливом для газогенераторного облад- нання та перспективною сировиною для виробництва рідких палив методом швидкого піролізу. Температура обробки, як і властивості сировини, її вид визначають інтенсивність процесів під час ТО, а відповідно визна- чають і продуктивність лінії. В результаті проведених досліджень термообробки для різної сировини та їх сумішей, а також вибраного температурного діапазону термообробки (одеса 2015) – 200…320 °С, керуючись факторами ефективності та контролю процесу оброб- ки, якості продукції за мінімальних втрат енергетичної складової сировини були визначені оптимальні темпе- ратури обробки для кожної сировини. Так для соломи оптимальним температурним діапазоном термообробки є 230…250 °С, для деревини ¬ 250…270 °С, а для торфу ¬ 270…300 °С. За цих температур спостерігається знач- ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2017, т. 39, №156 ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА не підвищення теплоти згоряння усіх обраних зразків в середньому на 25 % в порівнянні з необробленими зраз- ками (W = 10…15 %). Класична схема виробництва твердого біопалива складається з трьох основних ділянок: сушіння, подрібнення та пресування (рис. 5). В якості додатко- вого методу покращення властивостей біопалива термо- обробку можливо інтегрувати в класичну схему після сушильного устаткування, після гранулювання чи про- водити сумісно зі стадією сушіння в одному апараті (рис. 5). Залучення до класичної технології виробницт- ва біопалива термообробки дозволить отримувати пер- спективне висококалорійне біопаливо, але й призведе до зростання енергоємності та металоємності лінії. Термообробка пресованого виробу має як свої переваги так і недоліки [3]. Однакові розмір, форма та висока щільність гранул підвищують ефективність теплообміну та рівномірність прогріву, однак термо- обробка гранул зменшує їх об’ємну щільність та може призвести до їх руйнування через значне газовиділення під час обробки (близько 50…70 % геміоцелюлоз при температурах термообробки розкладаються з утво- ренням летких і газоподібних продуктів). Термооб- робка біомаси, що характеризується неоднорідністю фракційного складу дозволяє отримати паливо з ви- сокою масовою та можливою в подальшому (після пресування) об’ємною теплотою згоряння, однак потребує вирішення задач нерівномірності прогрівання сировини під час термообробки. Виробництво висококалорійного термічно обробленого біопалива передбачає використання окремого апарату термооб- робки, а поєднання процесів сушіння та термічного розкладання в одному апараті дозволить підвищити енергоефективність лінії, зменшити металоємність обладнання та енерговитрати, а відповідно і собівартість продукту. Взаємостабілізуючий вплив компонентів композиційної суміші біомаси та торфу дозволяє використовувати температурний діапазон обробки на- ближений чи рівний чистому торфу і інтенсифікувати процеси обробки. Рис. 5. Можливі місця розташування стадії термообробки на класичній лінії виробництва біопалива: 1 – газовий пальник; 2 – змішувач; 3 – склад сировини; 4 – транспортер; 5 – барабанна сушарка; 6 – великий циклон; 7 – шлюзовий затвор; 8 – розподілювач; 9 –молоткова дробарка; 10 – димосос; 11 – труба димососа; 12 – відбиральник; 13 – вентилятор; 14 – циклони; 15 – дозатори (шлюзові затвори); 1 6 – шнекова подача; 17 – гранулятор. Проведені експериментальні дослідження кінетики сушіння та термічного розкладання виявляють суттєві відмінності протікання цих процесів для різної сирови- ни. Визначення оптимальних режимних параметрів, по- складнених суміщенням процесів сушіння та термічного розкладання, в одному апараті потребує створен- ня математичної моделі. Математична модель має вирішувати задачі тепломасообміну та гідродинаміки суміжних процесів сушіння та термічного розкладан- ня в одному апараті шляхом узгодження швидкості протікання процесів сушіння та термічного розкла- дання за різних властивостей умов сировини (її поход- ження, фракційний склад, вологість та ін.). Розробка математичної моделі повинна включати наступні ета- пи: огляд існуючих математичних моделей, розробку фізичної моделі, перевірку адекватності моделей та створення методики розрахунку. На сьогоднішній день поставлені науково-технічні задачі не розглядались, по- требують комплексного дослідження та математичного рішення. Висновки Термообробка є методом покращення енергетич- них характеристик, що дозволяє досягти максимально можливої енергетичної концентрації біопалива на рівні 19…23 МДж/кг. Термообробка торфу та різнорідних видів біомаси суттєво відрізняється, а отримання якісного про- дукту потребує для кожного з них різних режимних параметрів обробки. Так для соломи оптимальним тем- пературним діапазоном термообробки є 230…250 °С, для деревини ¬ 250…270 °С, а для торфу ¬ 270…300 °С. Взаємостабілізуючий вплив компонентів композиційної суміші біомаси та торфу дозволяє використовувати тем- пературний діапазон обробки наближений чи рівний чи- стому торфу і інтенсифікувати процеси обробки. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2017, т. 39, №1 57 ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА Пресування термічно обробленої біомаси, торфу чи їх сумішей дозволяє отримати паливо з високою масовою та об’ємною теплотою згоряння. Поєднання процесів сушіння та термічного розкладання в одному апараті підвищує енергоефективність лінії, зменшує металоємність обладнання та енерговитрати, а відповідно і собівартість продукту. Обгрунтована необхідність розробки математичної моделі суміщених процесів сушіння та термічного роз- кладання, яка дозволить розрахувати режимні параме- три процесів та узгодити їх в одному апараті. ЛІТЕРАТУРА 1. Снєжкін Ю.Ф., Корінчук Д.М., Безгін М.М. Дослідження температурної обробки біосировини в технології виробництва твердого біопалива// Наукові праці Одеської національної академії харчових технологій/Мін. Освіти і науки України. – Одеса: 2015. – Вип. 47 – С. 209–213. 2. Лиштван И.И. Коллоидная химия и физико-хи- мическая механика торфа: история развития и совре- менные направления исследований// Сборник научных трудов «Природопользование»/ Институт Природо- пользования НАН Беларуси ¬ Минск: 2012. ¬ Вып. 22 ¬ С. 47–56. 3. Корінчук Д.М., Безгін М.М., Степчук І.В. Об- грунтування технології виробництва термічно оброб- леного твердого біопалива // збірник наукових статей "VIII Міжнародна науково-практична конференція "Нетрадиційні і поновлювані джерела енергії як альтернативні первинним джерелам енергії в регіоні". Львів, 2015. RESEARCH OF MODES FOR THERMO PROCESSING OF BIOMASS AND PEAT IN THE PRODUCTION OF COMPOSITE BIOFUEL Snezhkin Y.F., Korinchuk D.M., Bezhin M.M. Institute of Engineering Thermophysics of the National Academy of Sciences of Ukraine, vul. Zhelyabova, 2a, Kyiv, 03680, Ukraine Heat treatment as a method of improving the energy characteristics of biofuels for different types of biomass or peat require different processing operating parameters. An experimental research of temperature treatment influence to biofuels qualitative and quantitative characteristics changings were conducted and the optimum temperature range of temperature treatment of straw, wood, peat and thereof mixtures. The composite mixture of peat with biomass discover stabilizing effect and allows to use the processing temperature range close to the peat and intensify treatment processes. Realization of a heat treatment as a combined processes of drying and thermal decomposition in one device is the most promising and requires mathematical reasoning. References 3, figures 5. Key words: solid biofuel, thermal treatment, dehydration, decomposition, calorific value. 1. Snyezhkin YU.F., Korinchuk D.M., Bezhin M.M. Temperature processing of raw materials research in the technology of solid biofuels production. Scientific papers of Odessa National Academy of Food Technologies. Ministry of Education and Science of Ukraine. Odesa. 2015. Issue 47. P. 209–213.(Ukr.) 2. Lyshtvan Y.Y. Colloidal chemistry and physical and chemical peat mechanics: history of development and current research directions. Scientific papers «Pryrodopolzovanye». Belarus National Academy of Sciences Institute of nature. Mynsk. 2012. Issue 22. P. 47–56.(Rus.) 3. Korinchuk D.M., Bezhin M.M., Stepchuk I.V. Justification of thermally treated solid biofuels production technology. Scientific papers "VIII Mizhnarodna naukovo- praktychna konferentsiya "Netradytsiyni i ponovlyuvani dzherela enerhiyi yak alternatyvni pervynnym dzherelam enerhiyi v rehioni". Lviv, 2015. (Ukr.) Получено 30.01.2017 Received 30.01.2017

Дослідження режимів термообробки біомаси та торфу у виробництві композиційного біопалива

Репозитарії

Схожі ресурси