Kinetics of thermolisis and burning of solid biofuel particles. Part 3. Burning out rate of cokeash residue of wood and straw pellets
Results of gravimetrical experiments on carbon burning out from cokeash residue formed after thermolysis of wood and straw pellets in a muffle furnace at 700oC at the free access of air arepresented. The equation for determining the rate of carbon burning out from cokeash residue based...
Збережено в:
| Дата: | 2016 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2016
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/111 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871102967554244608 |
|---|---|
| author | Zhovmir, M. |
| author_facet | Zhovmir, M. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "M. Zhovmir",
"institution": "Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine"
}
] |
| author_sort | Zhovmir, M. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:09Z |
| description | Results of gravimetrical experiments on carbon burning out from cokeash residue formed after thermolysis of wood and straw pellets in a muffle furnace at 700oC at the free access of air arepresented. The equation for determining the rate of carbon burning out from cokeash residue based at dimensions of a cylindrical particle, its mass and burnout duration is analytically derived. |
| first_indexed | 2025-07-17T11:36:39Z |
| format | Article |
| fulltext |
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 4 86
УДК 662.61+662.63
М.М.Жовмір, канд.техн.наук (Інститут відновлюваної енергетики НАН України, Київ)
Кінетика термолізу та вигоряння часток твердого біопалива.
Частина 3. Швидкість вигоряння коксозольного залишку деревних
і солом’яних гранул
Наведено результати гравіметричних дослідів з вигоряння вуглецю коксозольного залишку, що утворюється після термолі-
зу деревних та солом’яних гранул, у муфельній печі при 700°С при вільному доступі повітря. Аналітично отримана залеж-
ність для визначення швидкості вигоряння вуглецю коксозольного залишку з використанням експериментальних даних про
розміри циліндричної частки, її маси та тривалості повного вигоряння. Бібл. 4, табл. 2, рис. 3.
Ключові слова: тверде біопаливо, гранули, термоліз, коксозольний залишок, вуглець, вигоряння, швидкість.
ORCID: 0000-0001-6514-7474
Вступ. У першій частині даної роботи [1] було
показано, що для підвищення інтенсивності спалю-
вання та зменшення емісії забруднюючих речовин
актуальним завданням є дослідження стадій зго-
ряння твердого біопалива, зокрема солом’яних гра-
нул, спалювання яких є проблематичним, описано
методику досліджень та експериментальну термог-
равіметричну установку, методику підготовки зраз-
ків палива до проведення досліджень. Дослідження
стадій згоряння солом’яних гранул проводяться
паралельно з дослідженнями спалювання деревних
гранул для виявлення схожих та відмінних харак-
теристик процесів.
Мета роботи. В даній статті наведено ре-
зультати експериментальних та експерименталь-
но-аналітичних досліджень швидкості вигоряння
одиничних часток коксового залишку, утворено-
го при термолізі солом’яних та деревних гранул.
Характеристика зразків твердого біопа-
лива, вибраних для досліджень швидкості
вигоряння коксозольного залишку. Для про-
ведення досліджень використовували гранули з
тих же партій, що і при дослідженні кінетики
термолізу [2]. Додатково використовували грану-
ли, виготовлені з деревини з корою, які характе-
ризуються підвищеним вмістом золи. Для прове-
дення досліджень із бездефектних гранул виріза-
ли циліндрики правильної форми діаметром, рів-
ним їх діаметру, а довжину визначали залежно
від задачі дослідження. Підготовлені висушені
зразки зберігали у герметичній тарі. Гранули із
заданим вмістом вологи готували повільним від-
воложенням сухих гранул над поверхнею води в
ексикаторі. Перед дослідами проводили вимірю-
вання фактичних геометричних розмірів дослі-
джуваних часток гранул.
Умови проведення експерименту. Визна-
чення швидкості вигоряння коксозольного зали-
шку, утвореного із деревних та солом’яних гра-
нул, проводили на експериментальній термогра-
віметричній установці за методикою [1], при
цьому температура розігріву муфельної печі ста-
новила 700°С. В результаті експериментів отри-
мували відеофайли із записом зміни маси частки
гранули при її швидкому нагріванні в окислюва-
льній атмосфері печі, а також візуально відмічені
моменти часу спалахування летких довкола част-
ки, завершення їх виділення і горіння, завершен-
ня вигоряння вуглецю з утвореної частки коксо-
зольного залишку.
Отримані результати. Спостереження за
вигорянням коксозольного залишку дозволили
сформулювати уявлення про особливості цього
процесу. Відразу ж після завершення виходу лет-
ких частка утвореного коксозольного залишку є
темною на фоні розжарених стінок муфельної
печі, тобто можна припустити, що її температура
є невисокою. Після виходу летких кисень повітря
починав проникати до поверхні коксозольного
залишку, спричиняв окислення вуглецю та роз-
© М.М.Жовмір, 2016
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 4 87
жарення частки до яскравого світіння на фоні
стінок муфельної печі. Це дає підстави стверджу-
вати, що температура палаючої частки коксозо-
льного залишку значно перевищувала температу-
ру в просторі муфельної печі.
З окисленням вуглецю в поверхневому шарі
фронт реагування зміщувався всередину коксо-
зольного залишку глибше під шар утвореної золи
як від бічної, так і від торцевих поверхонь. При
завершенні вигоряння на осі частки спостерігали
кілька окремих жаринок, які безпосередньо перед
згасанням світилися яскравіше. Найдовше світи-
лися жаринки, розташовані на осі частки посере-
дині її осьового виміру.
Виймаючи з печі залишки гранул відразу ж
після завершення виходу летких речовин, вста-
новили, що у корзині експериментальної устано-
вки залишалася частка коксозольного залишку,
яка мала форму та розміри гранули. З вигорянням
вуглецю утворюваний зольний залишок зберігав
форму гранули, а розміри зазнавали усадки. При
температурі печі 700°С із деревних гранул діаме-
тром 6 мм та довжиною 14 мм утворювались час-
тки золи діаметром 4,2 мм та довжиною 10,5 мм,
що дозволяє визначити лінійне збігання в 1,33-
1,43 рази; при цьому розраховане збігання зовні-
шньої поверхні становить 1,92 рази, а зменшення
об’єму – в 2,72 рази. Частки золи, що утворю-
ються з досліджених деревних гранул, мають по-
ристу структуру, крихкі та легко руйнуються при
дотику. Частки золи після згоряння коксозольно-
го залишку солом’яних гранул є більш щільними
і їх руйнування відбувається лише при натиску-
ванні з певним зусиллям.
На основі візуальних спостережень можна
відмітити, що при температурі муфельної печі
700°С у початковий період вигоряння коксозоль-
ного залишку формувався подвійний погранич-
ний шар у вигляді палаючої плівки товщиною
близько 1-1,5 мм довкола частки. З часом подвій-
ний пограничний шар ставав непомітним, мож-
ливо, що він зміщувався у пористу матрицю ви-
горілого зольного залишку. Формування подвій-
ного пограничного шару при нижчих температу-
рах було менш помітним і більш вираженим при
збільшенні температури в муфельній печі до
800°С.
Після завершення термогравіметричного ек-
сперименту уповільнено відтворювали відеофайл
на персональному комп’ютері та отримували
значення залишкової маси частки у час, що від-
рахований від моменту завершення виходу лет-
ких, тобто залежність m = f() у вигляді сукупно-
сті експериментальних точок. Тут і далі будемо
приймати, що після виходу летких у коксозоль-
ному залишку із горючих речовин міститься ли-
ше вуглець, а можливим залишковим вмістом
інших горючих компонентів будемо нехтувати.
За отриманими первинними експеримента-
льними даними визначали масу вуглецю в коксо-
зольному залишку cm як різницю поточної маси
коксозольного залишку m та маси золи am ,
отриманої після завершення його повного виго-
ряння. На рис. 1 наведені отримані експеримен-
тальні дані про зміну в часі маси вуглецю в част-
ці коксозольного залишку, що утворився після
виходу летких із сухих деревних гранул діамет-
ром 6 та 8 мм і масою в сухому стані 0,55 та
0,59 г відповідно, при окисленні в муфельній печі
при температурі 700°С в умовах вільного доступу
повітря. З наведених даних видно, що тривалість
вигоряння вуглецю з коксозольного залишку ста-
новить 335 с, що у 5 разів більше, ніж тривалість
виходу летких. Слід відмітити, що швидкість
зменшення маси вуглецю уповільнюється по мірі
його вигоряння зі зміщенням фронту горіння до
центру. Подібний характер має вигоряння вугле-
цю із коксозольного залишку солом’яних гранул
(рис. 2), але при цьому зі збільшенням діаметра
гранули чіткіше видно збільшення тривалості
вигоряння.
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 4 88
Рис. 1. Зміна маси вуглецю mc в частці коксозольного залишку, що утворився після виходу летких
із сухих деревних гранул: 1 – діаметр гранули 6 мм, маса 0,55 г; 2 – діаметр гранули 8 мм, маса 0,59 г.
Рис. 2. Зміна маси вуглецю mc в частці коксозольного залишку, що утворився після виходу летких
із сухих солом’яних гранул: 1 – діаметр гранули 6 мм, маса 0,50 г; 2 – діаметр гранули 8 мм, маса 0,56 г.
Визначення швидкості вигоряння коксо-
зольного залишку за даними гравіметричних
дослідів. У літературі, присвяченій кінетиці го-
ріння, швидкість вигоряння палива визначають
як убуток маси частки палива за одиницю часу,
віднесений до одиниці площі реагуючої поверхні
[3]. Враховуючи прийняте припущення, що в ко-
ксозольному залишку реагує лише вуглець, при
дискретних вимірюваннях убутку маси вуглецю
mc за проміжки часу для частки з площею
реагуючої поверхні f швидкість вигоряння вугле-
цю з коксозольного залишку wc можна визначати
за залежністю:
.c
c
mw
f
(1)
За експериментальними даними, що наведені
на рис. 1 та рис. 2, визначена швидкість вигорян-
ня вуглецю в початковий період wс відносно по-
чаткової площі поверхні коксозольного залишку;
отримані результати наведено в таблиці 1. Слід
відмітити, що вимірювання досить малої зміни
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 4 89
маси коксозольного залишку навіть за значні
проміжки часу = 10...20 с при застосуванні ваг
із дискретністю відліку маси 0,01 г призводить до
значної похибки визначання швидкості вигорян-
ня вуглецю. Отриманий результат скоріше є кі-
лькісною оцінкою швидкості процесу.
Таблиця 1. Швидкість вигоряння вуглецю коксозольного залишку деревних та солом’яних гранул у початковий
період
Шифр зразка гранул
Фактичний
діаметр гра-
нул, d
Вміст золи за
сухою масою, Ad
Швидкість вигоряння вуглецю коксозольного
залишку за прямими вимірюваннями в почат-
ковий період, ws
d, мм % мас. г/(м2с)
Деревні гранули
ДГЧ-6 6 0,4 1,79…0,90
ДГЧ-8 8 0,4 1,50…0,90
Солом’яні гранули
СГВ-6 6 10,1 1,38…1,13
СГВ-8 (партія №1) 8 11,4 2,08…1,05
За залежністю (1) можна визначати швид-
кість вигоряння вуглецю лише у початковий пе-
ріод, коли площа реагуючої поверхні близька до
площі зовнішньої поверхні коксозольного залиш-
ку. З вигорянням коксозольного залишку необхід-
но враховувати зменшення площі реагуючої пове-
рхні, але безпосередні вимірювання на палаючій
частці або опосередковані вимірювання по зобра-
женню палаючої частки практично неможливі.
Визначення швидкості вигоряння вугле-
цю коксозольного залишку експерименталь-
но-аналітичним методом. Розглянемо матема-
тичну модель процесу окислення коксозольного
залишку, що утворився з циліндричної гранули
радіусом R0 та довжиною l з початковим об’ємом
2
0V R l та масою у сухому стані md.
Після виходу летких речовин маса вуглецю
mc у коксозольному залишку становить:
(1 )(1 ),c d d dafm m A V (2)
де Vdaf – вихід летких речовин на суху беззольну
масу палива; Ad – вміст золи на суху масу палива,
частка за масою.
На основі описаних спостережень приймає-
мо, що розміри утвореної частки коксозольного
залишку рівні початковим розмірам гранули, а
вуглець у ньому розподілений рівномірно по
всьому його об’єму. Умовну густину вуглецю в
коксозольному залишку ρc будемо визначати як
відношення маси вуглецю mc до початкового
об’єму гранули V:
(1 )(1 ),c
c d d daf
m A V
V
(3)
де d – густина гранули у сухому стані, кг/м3.
Приймаємо, що бічна поверхня гранули є
значно більшою від площі торців:
2
0 02 2R l R , з цього випливає, що 0l R .
При такому припущенні реагуванням вуглецю на
торцевих поверхнях можна знехтувати і вважати
їх такими, що не реагують, тобто коксозольний
залишок розглядається як безкінечний циліндр.
Як відмічено вище, при вигорянні вуглецю
коксозольного залишку утворена зола не осипа-
ється і зберігає первісну форму гранули з певним
збіганням геометричних розмірів, поверхні та
об’єму, а фронт окислення поступово переміщу-
ється від периферії до центру. Очевидно, що
площа реагуючої поверхні зменшується. Врахо-
вуючи, що швидкість зміни маси коксозольного
залишку також зменшується по мірі вигоряння
(див. рис. 1 і рис. 2), тоді можна прийняти, що
швидкість вигоряння вуглецю з коксозольного
залишку wс, віднесена до площі циліндричної
реагуючої поверхні, залишається однаковою при
зміщенні фронту гетерофазної реакції до осі гра-
нули. За безкінечно малий проміжок часу d маса
вуглецю, окисленого у фронті реакції dmc, буде
становити:
d 2 d .c cm Rlw (4)
В результаті вигоряння вуглецю фронт реак-
ції переміститься від циліндричної поверхні з
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 4 90
поточним радіусом R до поверхні з радіусом
(R– dR). При цьому фронт горіння вуглецю прой-
де через об’єм коксозольного залишку dV:
2 2d ( d ) .V R l R R l (5)
При проходженні фронту горіння вуглецю
через об’єм коксозольного залишку dV в реакцію
вступить маса вуглецю:
2 2
2
d ( d )
2 d ( ) .
c с с
c
dm V l R R R
l R R dR
(6)
Відповідно до відомих методів математично-
го аналізу при розкритті виразу (6) складовою
(dR)2 можна знехтувати як величиною другого
порядку малості. Прирівнявши вирази (4) та (6),
після перетворень отримаємо диференціальне
рівняння:
d d .c
c
R
w
(7)
Після інтегрування з урахуванням, що в почат-
ковий момент часу = 0 поточне значення R = R0,
отримаємо залежність, яка визначає тривалість ви-
горяння вуглецю у шарі від поверхні частки радіу-
сом R0 до внутрішньої поверхні з радіусом R:
0( ).c
c
R R
w
(8)
Тривалість повного вигоряння вуглецю b із ча-
стки коксозольного залишку відповідає досягненню
фронтом реакції поточного радіуса R = 0, тоді:
0.c
b
c
R
w
(9)
Час повного вигоряння вуглецю з коксозоль-
ного залишку b можна визначити експеримента-
льно, а швидкість вигоряння вуглецю знайти за
залежністю, яка випливає з виразу (9):
0.c
c
b
w R
(10)
На рис. 3 наведено експериментальні дані
про тривалість вигоряння коксозольного залишку
залежно від довжини часток соснових гранул
ДГЧ-6 діаметром 6 мм при температурі в муфе-
льній печі 700°С. Тривалість вигоряння коксозо-
льного залишку збільшується зі зростанням дов-
жини гранул і при максимально можливих дов-
жинах близько 40 мм досягає максимального
значення 393 c. Як видно з наведених даних, до-
пустимий стандартами вміст вологи в деревних
гранулах до 10% мас. не має істотного впливу на
тривалість вигоряння утворюваного коксозоль-
ного залишку.
Рис. 3. Тривалість вигоряння коксозольного залишку залежно від довжини часток деревних гранул ДГЧ-6
діаметром 6 мм: 1 – частки сухих гранул; 2 – частки гранул із вмістом вологи 10,1% мас.
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 4 91
Залежність (10) отримана з припущенням, що
гранула має форму безкінечного циліндра – тобто
задача розглядалася як одновимірна в циліндрич-
ній системі координат. Довжина часток у партії
гранул обмежується вимогами стандарту [4]. В
отриманих партіях гранул частки довжиною 40
мм і більше або відсутні, або їх вміст є незнач-
ним. З досліджуваних партій гранул відбирали
найдовші гранули і з них вирізали 5-7 циліндрів
правильної форми максимальною довжиною від
18 до 48 мм. Після висушування до постійної ма-
си при 105°С зразки зважували та вимірювали
фактичні геометричні розміри, що дозволяє ви-
значити необхідні для розрахунків величини для
кожної частки.
Вигоряння реальних циліндричних часток
коксозольного залишку, що мають скінченну до-
вжину, відбувається не тільки по циліндричній
поверхні, але й із торців, що спричиняє зменшен-
ня тривалості вигоряння коротших часток у порі-
внянні з довгими (див. рис. 3). З метою усунення
чи зменшення впливу торцевого вигоряння час-
ток на торці підготовлених гранул наносили теп-
ло- та газоізолюючі шари шляхом приклеювання
пластинок з муллітокремнеземистої вати товщи-
ною 3 мм (теплоізолюючий шар) за допомогою
вогнетривкого клею (виробник GEB, Франція)
шаром близько 0,5 мм (газоізолюючий шар). Піс-
ля цього підготовлені зразки з ізольованими тор-
цями висушувалися в сушильній шафі при тем-
пературі 105°С до постійної маси.
З використанням підготовлених зразків ви-
значали тривалість вигоряння вуглецю з коксозо-
льного залишку як період часу від завершення
виходу летких до завершення повного вигоряння
косового залишку в муфельній печі при темпера-
турі 700°С при вільному доступі повітря. Отри-
мані значення тривалості вигоряння вуглецю для
часток одного діаметра, але різної довжини, були
близькими з відхиленням від середнього значення
на 5-12% для гранул діаметром 6 мм та до 20%
для гранул діаметром 8 мм. З використанням
отриманих даних за залежністю (10) визначали
швидкість вигоряння коксозольного залишку для
кожної з досліджених часток. Максимальна від-
носна похибка одиничних вимірювань швидкості
вигоряння оцінюється величиною ±7,0%, але ряд
отриманих значень відрізнялися між собою на
величину більше 14%.
Це вказує на те, що на тривалість вигоряння
коксозольного залишку впливають невраховані
чинники, зокрема скінченна довжина гранул та
неоднорідність їх внутрішньої структури. Коефі-
цієнт кореляції між часом вигоряння та довжи-
ною досліджуваних зразків гранул, виготовлених
із чистої деревини або соломи, становив від –0,37
до +0,33, що свідчить про досягнення практичної
відсутності функціональної залежності між ними.
Разом з тим для зразків гранул із деревини з ко-
рою коефіцієнт кореляції мав високе значення
0,6-0,7. На стадії завершення вигоряння коксозо-
льного залишку в ньому спостерігалися окремі
часточки, які продовжували "світитися" після
завершення вигоряння в зонах, розташованих
поряд на осі частки, що свідчить про неоднорід-
ність їх структури і обумовлює збільшення зага-
льної тривалості процесу. На основі статистичної
обробки результатів багатократного повторення
вимірювань визначено середню швидкість виго-
ряння коксозольного залишку для досліджених
зразків деревних та солом’яних гранул, а також
довірчий інтервал при довірчій імовірності
= 0,90; отримані дані наведено в таблиці 2.
З порівняння даних таблиць 1 та 2 видно, що
для відповідних зразків гранул швидкість виго-
ряння коксозольного залишку, що визначена екс-
периментально-аналітичним методом, за поряд-
ком величини є близькою до значень, отриманих
на основі прямих гравіметричних вимірювань у
початковий період вигоряння.
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 4 92
Таблиця 2. Швидкість вигоряння вуглецю з коксозольного залишку довгих гранул, визначена експериментально-
аналітичним методом
Шифр гранул
Фактичний
діаметр гра-
нул
Вміст золи
на суху
масу
Густина час-
ток у сухому
стані
Середня
швидкість
вигоряння
Довірчий інтер-
вал швидкості
вигоряння
d, мм Ad, %мас. ρd, кг/м3 wc, г/(м2с) wc, г/(м2с)
Гранули деревні
ДГЧ-6 (соснова деревина) 6,0 0,40 1135…1305 1,62 ±0,09
ДГП-6 (деревина з корою) 5,8…6,8 1,15 1047…1240 1,28 ±0,24
ДГЧ-8 (соснова деревина) 8,0 0,40 1120…1175 1,25 ±0,12
ДГБ-8 (дубова деревина з корою) 7,8 1,44 1177…1300 1,11 ±0,20
ДГК-8 (деревина з корою) 8,0 7,01 1144…1190 1,29 ±0,23
Гранули солом’яні
СГУ-6 5,8…6,0 5,45 1102…1248 1,68 ±0,21
СГК-8Е 8,1 7,65 987…1033 0,95 ±0,06
СГВ-8 (партія 2) 8,0 9,0 1109…1146 0,90 ±0,06
СГВ-8 (партія 1) 8,0 11,4 1227…1304 1,06 ±0,27
З даних таблиці 2 можна зробити висновок,
що швидкість вигоряння коксозольного залишку
солом’яних та деревних гранул діаметром 6 мм
близька за значенням. Швидкість вигоряння зме-
ншується зі збільшенням діаметра гранули, з якої
утворився коксозольний залишок, що для со-
лом’яних гранул проявляється більшою мірою.
Це може вказувати на те, що на швидкість виго-
ряння при вільному доступі повітря впливають
явища масообміну.
Висновки. 1. Експериментально встановле-
но, що вигоряння коксозольного залишку, утво-
реного з деревних та солом’яних гранул, відбува-
ється пошарово зі зміщенням фронту реагування
всередину коксозольного залишку глибше під
шар утвореної золи. З вигорянням вуглецю утво-
рюваний зольний залишок зберігав форму грану-
ли, а розміри зазнавали усадки.
2. Запропоновано математичну модель виго-
ряння вуглецю з коксозольного залишку і на її
основі отримано залежність для визначання шви-
дкості вигоряння вуглецю коксозольного залиш-
ку з використанням експериментальних даних
про розміри циліндричної частки, її маси та три-
валості повного вигоряння довгих часток.
3. Швидкість вигоряння вуглецю з коксозо-
льного залишку, що утворився з деревних та со-
лом’яних гранул діаметром 6 мм, при температу-
рі муфельної печі 700°С та вільному доступі по-
вітря становить 1,6 г/(м2с), а зі збільшенням діа-
метра гранул до 8 мм зменшується в 1,3-1,8 рази.
1. Жовмір М.М. Кінетика термолізу та вигорання ча-
сток твердого біопалива. Частина 1. Експериментальна
установка та методика проведення досліджень // Відновлю-
вана енергетика. – 2016, №2 – С. 73-78.
2. Жовмір М.М. Кінетика термолізу та вигорання ча-
сток твердого біопалива. Частина 2. ШЩвидкість термолізу
сухих та вологих деревних і солом’яних гранул // Відновлю-
вана енергетика. – 2016, №3 – С. 65-72.
3. Основы практической теории горения. Под ред.
В.В. Померанцева. Учебное пособие. – Л. : Энергия, 1973. –
264 с.
4. Биотопливо твердое. Технические характеристики
и классы топлива. Часть 1. Общие требования: ГОСТ Р
54220-2010 (ЕН 14961-1:2010) / Федеральное агентство по
техническому регулированию и метрологии. – М. : Стандар-
тинформ, 2012.
REFERENCES
1. Zhovmir M. Kinetics of thermolysis and burning of
solid biofuels particles. Part 1. Experimental installation and
research procedure // Vidnovliuvana energetyka. – 2016. – № 2.
– P. 73–78. (Ukr)
2. Zhovmir M. Kinetics of thermolysis and burning of
solid biofuels particles. Part 2. Thermolysis rate of dry and wet
wood and straw pellets // Vidnovliuvana energetyka. – 2016. –
№ 3. – P. 65–72. (Ukr)
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 4 93
3. Basics of practical combustion theory. Edited by V/V/
Pomerantsev. Tutorial. – L. : Energiya, 1973. – 264 p. (Rus)
4. Solid biofuel. Fuel specifications and classes. Part 1.
General requirements: GOST R 54220–2012 (EN 14961–
1:2010) / Federalnoe agentstvo po tekhnicheskomu regulirova-
niyu i metrologii. – M. : Standartinform, 2012. (Rus)
Н.М.Жовмир, канд.техн. наук (Институт возобновляемой
энергетики НАН Украины, Киев)
Кинетика термолиза и выгорания частиц твердого био-
топлива. Часть 3. Скорость выгорания коксозольного
остатка древесных и соломенных гранул
Приведены результаты гравиметрических экспериментов
по выгоранию углерода из коксозольного остатка, обра-
зующегося после термолиза древесных и соломенных гранул,
в муфельной печи при 700°С при свободном доступе воздуха.
Аналитически получена зависимость для определения ско-
рости выгорания углерода коксозольного остатка с исполь-
зованием экспериментальных данных о размерах цилиндри-
ческой частицы, ее массы и длительности полного выгора-
ния. Библ. 4, табл. 2, рис. 3.
Ключевые слова: твердое биотопливо, гранулы, термолиз,
коксозольный остаток, углерод, выгорание, скорость.
Zhovmir M. (Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine,
Kyiv)
Kinetics of thermolisis and burning of solid biofuel particles.
Part 3. Burning out rate of cokeash residue of wood and
straw pellets
Results of gravimetrical experiments on carbon burning out from
cokeash residue formed after thermolysis of wood and straw
pellets in a muffle furnace at 700oC at free access of air are
presented. Equation for determining rate of carbon burning out
from cokeash residue based at dimensions of cylindrical particle,
its mass and burnout duration is analytically derived. References
4, tables 2, figures 3.
Keywords: solid biofuels, pellets, thermolysis, cokeash residue,
carbon, burning out, rate
SYNOPSES
Early in the first part of this work it was shown that to en-
hance combustion intensity and reduce pollutants emission the
researches stages of solid biofuels combustion are relevant, de-
scribed experimental thermogravimetrical installation, proce-
dures of fuel samples preparation and experiments.
This paper provides results of experimental and analytical–
experimental research on burning out rate of single particles of
cokeash residue formed after straw and wood pellets thermoly-
sis. The study was carried out at temperature in muffle furnace
700oC with free air access. As a result of experiments video
recordings of particles mass change at volatiles release and car-
bon burning out in oxidative atmosphere of furnace were ob-
tained, as well as visually marked time moments of volatile igni-
tion around the particle and that at completion of volatile release
and burning, and moment of carbon complete burning out from
formed cokeash particle.
After completing of the volatile release the formed particle
of cokeash residue has shape and size of pellet. With carbon
burning out particle of cokeash residue retained the shape of
pellet, but its dimensions got shrinkage.
Formed cokeash particle is dark against the glowing fur-
nace walls, and then oxygen started penetrate the surface of co-
keash residue resulting in the carbon oxidation and particle heat-
ing up to bright glowing. With carbon oxidation in surface layer
the reaction front shifts inside the cokeash residue deeper under
the layer of formed ash, with corresponding decrease of reacting
surface.
Proposed mathematical model of carbon burning out from
endless long cylindrical particles of cokeash residue takes into
account reduction of reaction surface area. Dependence for de-
termining rate of carbon burning out wc is based on experimental
data about dimensions of long cylindrical particle, its mass and
duration of complete burnout:
0
c
c
b
w R
here ρc – carbon density in cokeash residue; R0 – initial radius of
cylindrical pellet; b – duration of carbon complete burnout from
cokeash residue.
Rate of carbon burning out from cokeash residue formed
from 6 mm wood and straw pellets at furnace temperature 700oC
and free air access is near 1.6 g/(m2s), and at pellets diameter
increase to 8 mm it decreases in 1.3–1.8 time.
Стаття надійшла до редакції 07.11.16
Остаточна версія 05.12.16
|
| id | veorgua-article-111 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:00:43Z |
| publishDate | 2016 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/3d/9dcfc0b17366bfc9f22b9f768129da3d.pdf |
| spelling | veorgua-article-1112026-07-18T06:32:09Z Kinetics of thermolisis and burning of solid biofuel particles. Part 3. Burning out rate of cokeash residue of wood and straw pellets Кинетика термолиза и выгорания частиц твердого биотоплива. Часть 3. Скорость выгорания коксозольного остатка древесных и соломенных гранул Кінетика термолізу та вигоряння часток твердого біопалива. Частина 3. Швидкість вигоряння коксозольного залишку деревних і солом’яних гранул Zhovmir, M. solid biofuels pellets thermolysis cokeash residue carbon burning out rate тверде біопаливо гранули термоліз коксозольний залишок вуглець вигоряння швидкість твердое биотопливо гранулы термолиз коксозольный остаток углерод выгорание скорость Results of gravimetrical experiments on carbon burning out from cokeash residue formed after thermolysis of wood and straw pellets in a muffle furnace at 700oC at the free access of air arepresented. The equation for determining the rate of carbon burning out from cokeash residue based at dimensions of a cylindrical particle, its mass and burnout duration is analytically derived. Приведены результаты гравиметрических экспериментовпо выгоранию углерода из коксозольного остатка, образующегося после термолиза древесных и соломенных гранул, в муфельной печи при 700°С при свободном доступе воздуха. Аналитически получена зависимость для определения скорости выгорания углерода коксозольного остатка с использованием экспериментальных данных о размерах цилиндрической частицы, ее массы и длительности полного выгорания. Наведено результати гравіметричних дослідів з вигоряння вуглецю коксозольного залишку, що утворюється після термолізу деревних та солом’яних гранул, у муфельній печі при 700°С при вільному доступі повітря. Аналітично отримана залежність для визначення швидкості вигоряння вуглецю коксозольного залишку з використанням експериментальних даних пророзміри циліндричної частки, її маси та тривалості повного вигоряння. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2016-12-14 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/111 Vidnovluvana energetika ; No. 4 (47) (2016): Scientific and Applied Journal Vidnovluvana energetika; 86-93 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 4 (47) (2016): Научно-прикладной журнал Возобновляемая энергетика; 86-93 Відновлювана енергетика; № 4 (47) (2016): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 86-93 2664-8172 1819-8058 uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/111/68 Copyright (c) 2016 M. Zhovmir https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | solid biofuels pellets thermolysis cokeash residue carbon burning out rate Zhovmir, M. Kinetics of thermolisis and burning of solid biofuel particles. Part 3. Burning out rate of cokeash residue of wood and straw pellets |
| title | Kinetics of thermolisis and burning of solid biofuel particles. Part 3. Burning out rate of cokeash residue of wood and straw pellets |
| title_alt | Кинетика термолиза и выгорания частиц твердого биотоплива. Часть 3. Скорость выгорания коксозольного остатка древесных и соломенных гранул Кінетика термолізу та вигоряння часток твердого біопалива. Частина 3. Швидкість вигоряння коксозольного залишку деревних і солом’яних гранул |
| title_full | Kinetics of thermolisis and burning of solid biofuel particles. Part 3. Burning out rate of cokeash residue of wood and straw pellets |
| title_fullStr | Kinetics of thermolisis and burning of solid biofuel particles. Part 3. Burning out rate of cokeash residue of wood and straw pellets |
| title_full_unstemmed | Kinetics of thermolisis and burning of solid biofuel particles. Part 3. Burning out rate of cokeash residue of wood and straw pellets |
| title_short | Kinetics of thermolisis and burning of solid biofuel particles. Part 3. Burning out rate of cokeash residue of wood and straw pellets |
| title_sort | kinetics of thermolisis and burning of solid biofuel particles. part 3. burning out rate of cokeash residue of wood and straw pellets |
| topic | solid biofuels pellets thermolysis cokeash residue carbon burning out rate |
| topic_facet | solid biofuels pellets thermolysis cokeash residue carbon burning out rate тверде біопаливо гранули термоліз коксозольний залишок вуглець вигоряння швидкість твердое биотопливо гранулы термолиз коксозольный остаток углерод выгорание скорость |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/111 |
| work_keys_str_mv | AT zhovmirm kineticsofthermolisisandburningofsolidbiofuelparticlespart3burningoutrateofcokeashresidueofwoodandstrawpellets AT zhovmirm kinetikatermolizaivygoraniâčastictverdogobiotoplivačastʹ3skorostʹvygoraniâkoksozolʹnogoostatkadrevesnyhisolomennyhgranul AT zhovmirm kínetikatermolízutavigorânnâčastoktverdogobíopalivačastina3švidkístʹvigorânnâkoksozolʹnogozališkuderevnihísolomânihgranul |