Kinetics of thermolysis and burning of solid biofuel particles. Part 1. Experimental installation and research procedure
Further increase of biomass used for energy production requires improvement of burning technologies. An actual task is CO, NOx, and particulate emission reduction at biomass burningand especially at straw burning. Technological problem of biomass burning is the low intensity of furnace...
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/125 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871102991429271552 |
|---|---|
| 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 | 2026-07-18T06:32:10Z |
| description | Further increase of biomass used for energy production requires improvement of burning technologies. An actual task is CO, NOx, and particulate emission reduction at biomass burningand especially at straw burning. Technological problem of biomass burning is the low intensity of furnace process in comparison to that for traditional fossil fuels.Proper burnout of volatile substances will prevent formation and emission of soot and resins particles. Stable ignition and intensive burning out of volatile substances is possible at a concerted rate of their release and blowing air supply. Known dependencies, which describe the fuel thermolysis kinetics and volatile release in an inert atmosphere at low temperatures up to600K, are unacceptable for thermolysis in the oxidizing environment at high temperature, when volatile immediately reacts with oxidizer with energy release and creating temperature conditions around the particle which differ from initial conditions thus causing thermolysis acceleration. In previous works, the thermolysis duration in an oxidative environment at temperatures 400...900 C for wood chips, wood pellets, particles of straw and straw pelletswere described. But to calculate furnace processes it is necessary to know not only process duration but also rates of biofuel particle thermal decomposition throughout the thermolysis period.In standard derivatograph, the kinetics of fuel particle thermolysis is examined at the heating rate of working space up to 50…99 C per minute. At that duration of particle heating to 400…900 C is 5…10 minutes, whereas thermal decomposition of solid biofuel particle in oxidative conditions occurs during 10...200 seconds. Standard equipment is not available and cannot provide the necessary heating rate, therefore the creation of experimental thermogravimetrical installation was needed.Experimental thermogravimetrical installation was created; its principle of operation lays is in measurement and registration the mass of solid biofuel particle at its "shock" heating in oxidative conditions. Biofuel particle is placed on the structure, located on the scales, and then named structure is covered with muffle preheated to the desired temperature. A range of working muffle temperature is up to 900 C, the accuracy of temperature control is ±10oC, discreteness of particle mass measurements – 0.01 g, discreteness of time countdown – 0.2s. The process is fast running, so the image of instrument scales are recorded with camcorder and data read at the slow playing of video on a computer.
For studied biofuels moisture content, ash and volatiles were measured. For experiments, 0.5 g particles of biofuels were cut off from dry pellets having correct shape without visible defects. |
| first_indexed | 2025-07-17T11:36:45Z |
| format | Article |
| fulltext |
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 2 73
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 1. Експериментальна установка та методика проведення
досліджень
Описана експериментальна термогравіметрична установка для досліджень кінетики термолізу та вигоряння часток
твердого біопалива в умовах окислювальної повітряної атмосфери з ударним нагрівом. Частку біопалива укладають на
опорну конструкцію, що знаходиться на вагах, і переміщують її у попередньо нагріту муфельну піч. Діапазон робочих тем-
ператур у печі до 900С, дискретність відліку маси – 0,01 г, дискретність відліку часу – 0,2 с. Описано методику проведен-
ня досліджень та підготовки зразків досліджуваного палива. Бібл. 16, рис. 1.
Ключові слова: тверде біопаливо, гранули, термоліз, горіння, кінетика.
ORCID: 0000-0001-6514-7474
Вступ. Подальше збільшення обсягів енерге-
тичного використання біомаси та твердих біопа-
лив потребує удосконалення технологій їх спа-
лювання. Аналіз екологічних проблем спалюван-
ня біомаси, наведений у роботі [1], показав акту-
альність завдань щодо зменшення емісії CO, NOx
та твердих часток, особливо при спалюванні со-
ломи. Технологічні проблеми спалювання біома-
си полягають у низькій інтенсивності топкових
процесів у порівнянні з використанням традицій-
них викопних палив [2]. У зв’язку з цим залиша-
ються актуальними дослідження процесів горіння
біомаси та твердих біопалив, особливо виготов-
лених із біомаси сільськогосподарських культур,
з метою створення інтенсивних технологій та
надійного обладнання для екологічно безпечного
їх спалювання [3, 4], що відповідає пріоритетно-
му напряму досліджень LCE-02-2015 за програ-
мою "Horizon-2020 Work Programme 2014-2015 in
the area of Secure, Clean and Efficient Energy".
Відомо, що згоряння частки твердого палива
починається з підготовчого етапу, коли здійс-
нюється прогрів, підсушування та термоліз,
який полягає в розкладанні органічної речовини
на більш прості сполуки з виділенням газо- і па-
роподібних летких речовин. Забезпечення стабі-
льного запалювання та інтенсивного вигоряння
летких речовин полягає в узгодженні швидкості їх
виділення та подачі повітря. Належна організація
вигоряння летких речовин дозволить запобігти
утворенню та емісії часток сажі та смол.
Відомі залежності, що описують кінетику
термолізу палив в інертній атмосфері при неви-
соких температурах до 600 К [5], є неприйнятни-
ми щодо процесу термолізу в окислювальному
середовищі при високій температурі, коли леткі
зразу ж після вивільнення взаємодіють з окислю-
вачем із виділенням енергії та створенням темпе-
ратурних умов довкола частки, відмінних від по-
чаткових умов та умов віддалік частки [6], що
зумовлює прискорення термолізу. У попередніх
роботах досліджено тривалість термолізу в умо-
вах окислювального середовища при температу-
рах 400…900оС для часток деревної тріски [6],
деревних гранул [7], часток соломи та со-
лом’яних гранул [8]. Для розрахунків топкових
процесів необхідне знання не тільки тривалості
процесу, але й швидкості термічного розкладання
часток твердого біопалива впродовж періоду
термолізу.
Мета дослідження. Робота спрямована на
експериментальне дослідження кінетики терміч-
ного розкладання (термолізу) часток твердого
біопалива при їх швидкому нагріві у повітряному
окислювальному середовищі при високих темпе-
ратурах, тобто в умовах, наближених до їх
© М.М.Жовмір, 2016
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 2 74
спалювання у топці зі стаціонарним шаром. У
даній статті описано створену експериментальну
термогравіметричну установку та методику про-
ведення досліджень.
Метод дослідження. У стандартних дерива-
тографах (термогравіметричних установках) кіне-
тику термолізу досліджують при заданій швидкості
нагріву робочого простору приладу, наприклад, у
дериватографі Q1500 швидкість нагріву робочого
простору становить від 0,6 до 50 градусів за хвили-
ну [9]. При дослідженнях матеріалів застосовують
термогравіметри "Setaram Co.", які забезпечують
нагрів матеріалу до 1750оС зі швидкістю до 99 гра-
дусів за хвилину та мають ваги з чутливістю
0,3 мкг [10].
Такі швидкості нагріву є порівняно невисоки-
ми, і розігрів частки досліджуваного палива до те-
мператури 400…900оС буде тривати 5-10 хвилин,
тоді як термічний розклад часток біомаси та твер-
дого біопалива в окислювальних умовах відбува-
ється протягом 10-200 секунд [6–8]. Вказані стан-
дартні прилади не забезпечують необхідної швид-
кості нагріву зразків палива та недоступні для про-
ведення даного дослідження, а тому виникла необ-
хідність створення експериментальної термограві-
метричної установки.
Ідея, що покладена в основу при створенні ек-
спериментальної установки, полягає в тому, щоб
виміряти зміну маси частки твердого біопалива
при її "ударному" нагріві та термолізі. Для цього
частку біопалива необхідно покласти на констру-
кцію, що знаходиться на вагах, і перемістити її у
попередньо нагрітий до заданої температури му-
фель – таким чином відтворюються умови швид-
кого нагріву часток палива при їх подачі в пра-
цюючу топку котла або теплогенератора. Це має
забезпечити дуже швидкий нагрів частки палива
та її термічне розкладання з виділенням паро- та
газоподібних летких речовин. Зміна маси частки,
а, відповідно, і виділення летких, буде реєструва-
тися за допомогою ваг. Після завершення виходу
летких розжарений коксовий залишок буде реа-
гувати з повітрям із поступовим вигорянням вуг-
лецю, а відповідне зменшення маси частки також
буде реєструватися за допомогою ваг.
Опис експериментальної установки. Прин-
ципова схема створеної експериментальної термог-
равіметричної установки для дослідження кінетики
термолізу та кінетики вигоряння часток твердого
біопалива зі швидким нагрівом у повітряному оки-
слювальному середовищі зображена на рис. 1.
Рис. 1. Принципова схема експериментальної термогравіметричної установки з ударним нагрівом часток палива:
1 – муфельна піч; 2 – керамічний канал; 3 – обмотка нагрівальна; 4 – теплоізоляція; 5 – знімна кришка;
6 – нерухоме дно;7 – термопара; 8 – вимірювач-регулятор температури; 9 – блок управління; 10 – механізм вертика-
льного переміщення муфельної печі; 11 – корзина для досліджуваного зразка палива; 12 – штанга; 13 – ваги;
14 – секундомір; 15 – записуюча камера.
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 2 75
Експериментальна термогравіметрична уста-
новка включає вертикальну муфельну піч 1 з кера-
мічним каналом 2 діаметром 40 мм та висотою
540 мм. Навколо каналу влаштована обмотка ні-
хромовим дротом 3, яка при напрузі 220 В має по-
тужність 2,2 кВт. Для зменшення теплових втрат
поверх обмотки влаштовано теплоізоляцію –
перший шар товщиною 10 мм з мулітокремне-
земистої вати та другий (40 мм) шар азбесту.
Муфельна піч має несучий циліндричний кор-
пус, що виготовлений із листової оцинкованої
сталі. Зверху канал муфельної печі закривається
знімною керамічною кришкою 5 з отворами для
виходу газів та вводу термопари. Знизу канал
муфельної печі може опиратися на нерухоме
теплоізольоване дно 6 з отвором.
Всередині керамічного каналу біля його сті-
нки встановлено термопару 7 типу К в чохлі діа-
метром 2,5 мм із нержавіючої сталі. Виводи тер-
мопари підключені до мікропроцесорного вимі-
рювача-регулятора температури 8 типу РТ-0102,
який управляє нагрівом муфельної печі за допо-
могою безконтактного силового блоку управлін-
ня 9. Гранична температура нагріву печі стано-
вить 900оС, налаштування регулятора температу-
ри та характеристика печі дозволяють підтриму-
вати температуру в каналі печі з похибкою ±10оС.
Муфельна піч 1 підвішена на механізмі вертика-
льного переміщення 10, що дозволяє підіймати та
опускати піч відносно нерухомого дна 6.
Всередині керамічного каналу муфельної пе-
чі 1 встановлюється корзина 11 для розміщення
зразків досліджуваного палива, яка через штангу
12 опирається на чутливу платформу цифрових
ваг 13 типу HE-100. Максимальна маса зважу-
вання на вагах HE-100 становить 100 г із дискре-
тністю відображення результату 0,01 г. Для вимі-
рювання часу застосовано механічний секундо-
мір 14 типу "Слава" з дискретністю відображення
часу 0,2 с. Процес термолізу палива є скоротеч-
ним, і це не дозволяє пряме візуальне зчитування
показників часу та маси зразка. Установка осна-
щена цифровою записуючою камерою 15 типу
OLYMPUS FE-370, що дозволяє здійснити запис
зображення цифрового індикатора ваг та секун-
доміра протягом експерименту, а після його заве-
ршення уповільнено відтворювати запис на пер-
сональному комп’ютері та зчитувати показники.
Корзини 11 для розміщення зразків палива є
знімними і виготовляються з жаростійкої сталі.
Корзина має утримуючу увігнуту сітку з чарун-
ками 1×1 мм для розміщення досліджуваної час-
тки палива, що забезпечує вільний рух повітря і
газів довкола частки палива і теплообмін із прос-
тором каналу муфельної печі. У випадку дослі-
дження часток палива розсипчастих або із розси-
пчастою золою застосовують корзину, яка під
сіткою має тарілочку, призначену для вловлю-
вання часток палива або золи, що можуть відко-
лотися від досліджуваної частки палива і прова-
литися через чарунки сітки.
Методика проведення досліджень. Перед
проведенням досліджень кінетики термолізу му-
фельну піч за допомогою механізму вертикаль-
ного переміщення 10 підіймають у верхнє поло-
ження і прогрівають до заданої температури з
досягненням стабільного теплового стану протя-
гом 2 годин. Частку палива перед дослідом зва-
жують. На ваги експериментальної установки
встановлюють штангу 12 з корзиною 11 і здійс-
нюють їх тарування. Після цього в корзину кла-
дуть частку палива з горизонтальним розміщен-
ням осі циліндричної частки. Вмикають секун-
домір та камеру відеозапису. Розігріту муфельну
піч опускають на корзину з часткою палива до
розміщення корзини вище середини каналу печі
та засікають цей момент по секундоміру. Вихід
летких речовин спостерігають через отвір у вер-
хній кришці печі та фіксують момент завер-
шення виходу летких речовин. Після досягнен-
ня постійних показань ваг вимикають відеока-
меру, підіймають муфельну піч і, пересвідчив-
шись у повному вигорянні частки, приймають
дослід як вдалий. У випадку, коли після підйо-
му муфельної печі в зольному залишку спосте-
рігається світіння вуглецю, що реагує з повіт-
рям, – такий дослід бракували. Після кількох
дослідів було встановлено, що повне вигоряння
частки триває до 7 хвилин.
Слід відмітити, що при виході летких та їх
полум’яному горінні поверхня частки палива за-
лишається темною, а після завершення виходу
летких із початком окислення коксозольного за-
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 2 76
лишку поверхня частки розігрівається до яскра-
вого світіння. По мірі вигоряння вуглецю спосте-
рігається зміщення яскравого фронту горіння
вглиб частки під шар золи, товщина якого нарос-
тає. Для деревних гранул шар утвореної золи має
ажурну структуру, через яку просвічується реагу-
юча поверхня вуглецю. Зольний залишок со-
лом’яних гранул та гранул із лушпиння соняшни-
ку є більш щільним, при цьому візуальне спосте-
реження світіння реагуючого вуглецю все ж мож-
ливе при затемненні лабораторного приміщення.
Підготовка зразків біопалива для прове-
дення експериментів. Для дослідження кіне-
тики термолізу з промислових партій гранул
відбирали проби масою близько 1 кг. З відібра-
них проб брали наважки для визначення вмісту
вологи та золи у відповідності зі стандартними
методиками [11, 12].
Густину часток палива визначали стереомет-
ричним методом [13]. Із бездефектних гранул
вирізали правильні циліндрики, вимірювали їх
розміри для розрахункового визначення об’єму,
зважували їх при робочій вологості і визначали
густину як відношення маси до геометричного
об’єму. Потім ці циліндрики висушували в су-
шильній шафі при 105оС до постійної маси і ви-
значали густину сухих часток.
Для відібраних зразків палива визначали
вихід летких речовин за методикою, наближе-
ною до відомої стандартизованої [14]. Через
відсутність необхідного обладнання визначен-
ня виходу летких здійснювали наступним чи-
ном. Відкритий тигель із нержавіючої сталі
промивали дистильованою водою, висушували
та прожарювали у муфельній печі при 550оС і
після цього визначали його масу за допомогою
ваг HE-100.
Пробу палива у вигляді гранул клали у відк-
ритий тигель із нержавіючої сталі, зважували та
висушували до постійної маси в лабораторній
сушильній шафі при 105оС, а потім визначали
масу тигля з наважкою сухого палива. Тигель із
наважкою сухого палива поміщали у муфельну
піч, розігріту до 550оС, для термічного розкладу
та виділення летких. Після виходу летких та при-
пинення їх полум’яного горіння тигель із розжа-
реним коксозольним залишком (не очікуючи
охолодження) зважували та визначали масу утво-
реного коксозольного залишку. Різницю маси
сухої проби палива та маси коксозольного зали-
шку приймали за масу летких, що виділилися.
Тигель із коксозольним залишком знову поміща-
ли у муфельну піч, розігріту до 550оС, для випа-
лювання до постійної маси. Залишок у тиглі
приймали як золу та визначали її масу. Вихід ле-
тких приймали як відношення маси летких, що
виділилися, до маси сухої беззольної речовини
палива vdaf .
Слід відмітити, що вихід летких, визначений
за спрощеною методикою, для деревних сосно-
вих гранул становить vdaf = 0,822, а за літератур-
ними даними для соснової деревини vdaf = 0,818
[15] та vdaf = 0,85 [16]. Для солом’яних гранул
отримали vdaf = 0,80, а за літературними даними
vdaf = 0,81 [15]. Таке незначне розходження даних
свідчить про допустимість застосування спроще-
ної методики з використанням наявного облад-
нання. З іншого боку можна сказати, що швидкий
нагрів часток у відкритому тиглі не має істотного
впливу на квазістатичний вихід летких речовин.
Вміст вологи у зразках біопалива може відрі-
знятися залежно від виробника та партії палива,
умов його зберігання. Для забезпечення зіставно-
сті результатів для досліджень готували зразки із
гранул, висушених до постійної маси при 105оС.
Як і у відомих дослідженнях [5], масу досліджу-
ваної частки також прийняли 0,5 г. Із бездефект-
них гранул вирізали циліндрики правильної фор-
ми діаметром, рівним їх діаметру, а довжину ви-
значали з умови маси частки 0,50-0,52 г у сухому
стані. Підготовлені сухі зразки зберігали у герме-
тичній тарі.
Висновки. 1. Для удосконалення процесів спа-
лювання необхідно отримати уточнені дані щодо
кінетики термолізу біопалив та вигоряння коксозо-
льного залишку в умовах, наближених до умов у
топковому просторі котлів і теплогенераторів.
2. Враховуючи, що навіть сучасні термог-
равіметричні установки не забезпечують швид-
кість нагріву зразків, наближену до умов при
спалюванні біопалив, було розроблено та побу-
довано експериментальну термогравіметричну
установку із швидкісним нагрівом часток дослі-
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 2 77
джуваного палива в окислювальному повітряно-
му середовищі.
1. Жовмир Н.М. Анализ нормативных требований к
эмиссии загрязняющих веществ при сжигании биомассы //
Промышленная теплотехника. – 2012. – Т. 34. – №1.
– С. 77–86.
2. Технические возможности перевода малых котлов
на сжигание биомассы / В.И. Зубенко, С.В. Радченко,
С.М. Чаплыгин, Н.М.Жовмир. – Промышленная теплотех-
ника. – 2011. – Т. 33, №7. – С. 114.
3. Руководство по регулированию выбросов в атмо-
сферу. MiljØministeriet, Miljostyrelsen //http://www2.mst.dk/
comon/Udgivramme/Frame.asp?http://www2.mst.dk/udgiv/
publikationer/2002/87-7972-301-2/html/indhold_rus.htm
4. Environment technology – for improvement of the envi-
ronment and growth. Action plan to promote eco-efficient tech-
nology 2010-2011/ The Danish Government. – 2010. – 40 p.
5. Основы практической теории горения. Под ред.
В.В. Померанцева. Учебное пособие. – Л.: Энергия, 1973.
–264 с.
6. Жовмир Н.М. Исследование продолжительности пе-
риода выхода летучих при горении частиц древесины //
Промышленная теплотехника. – 2013. – Т. 35, №1.
– С. 93–98.
7. Жовмир Н.М. Исследование продолжительности пе-
риода выхода летучих при горении древесных гра-
нул//Альтернативная энергетика и экология. – 2014,
№23(163). – С. 60–66.
8. Жовмір М.М. Тривалість періоду виходу летких ре-
човин при спалюванні часток соломи та солом’яних гранул
// Відновлювана енергетика. – 2015, №4 – С. 72–79.
9. Modernization of the MOM Q-1500 D (Paulik-Paulik-
Erdey) Derivatographs and others. // http://www.w-
musial.home.pl/ang/dery_ang.htm
10. Матеріали з сайту: http://www.kfy.zcu.cz/
en/Plasma_char.html
11. Методи визначання вмісту вологи висушуванням у
сушильній шафі. Частина 1. Стандартний метод визначання
загальної вологи: ДСТУ-П CTN/TS 14774-1:2012. – К.: Мі-
некономрозвитку України, 2013. – 4 с.
12. Біопаливо тверде. Метод визначання вмісту золи:
ДСТУ-П CTN/TS 14775:2012. – К.: Мінекономрозвитку
України, 2013. – 4 с.
13. Методи визначання щільності часток: ДСТУ-
П CTN/TS 15150:2012. – К.: Мінекономрозвитку України,
2013. – 8 с.
14. Методи визначання вмісту летких речовин: ДСТУ EN
15148:2012. – К.: Мінекономрозвитку України, 2013. – 6 с.
15. Древесина для производства энергии. Технология -
окружающая среда - экономика.// Центр технологий био-
массы. Helle Serup (редактор). – Energistyrelsen Miljo-og
Energiministeriet, 1999. – 69 c.
16. Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный
метод). Под ред. Н.В. Кузнецова – М.: Энергия, 1973. – 296 с.
REFERENCES
1. Zhovmir N.M. Analysis of the regulatory requirements
for the emission of pollutants when combusting biomass // Pro-
myshlennaya teplotekhnika. – 2012. – Vol. 34. – №1. – Pp. 77–
86. (Rus)
2. Technical capabilities of the transfer of small boilers for
biomass burning / Zubenko V.I., Radchenko S.V., Chaplygin
S.M., Zhovmir N.M. – Promyshlennaya teplotekhnika. – 2011.
– Vol. 33. – №7. – Pp. 114. (Rus)
3. Guidelines for Air Emission Regulation. MiljØministe-
riet, Miljostyrelsen //http://www2.mst.dk/common/
Udgivramme/Frame.asp?http://www2.mst.dk/udgiv/
publikationer/2002/87-7972-301-2/html/indhold_rus.htm
4. Environment technology – for improvement of the envi-
ronment and growth. Action plan to promote eco-efficient tech-
nology 2010-2011/ The Danish Government. – 2010. – 40 p.
5. Basics of practical combustion theory. Ed. Pomerantsev
V.V. Tutorial. – L.: Energiya, 1973. –264 p. (Rus)
6. Zhovmir N.M. Studying the duration period of volatiles
release during the combustion of wood particles // Promyshlennaya
teplotekhnika. – 2013. – Vol. 35. – №1. – Pp. 93–98. (Rus)
7. Zhovmir N.M. Studying the duration period of volatiles
release during the combustion of wood pellets // Alternativnaya
energetika i ekologiya. – 2014. – №23(163). – Pp. 60–66. (Rus)
8. Zhovmir M.M. Duration of volatile release at burning of
straw particles and straw pellets // Vidnovliuvana enerhetyka. –
2015. – №4 – Pp. 72–79. (Ukr)
9. Modernization of the MOM Q-1500 D (Paulik-Paulik-
Erdey) Derivatographs and others. // http://www.w-
musial.home.pl/ang/dery_ang.htm
10. http://www.kfy.zcu.cz/en/Plasma_char.html
11. Methods for determination of moisture content in the
drying oven. Part 1. Standard method for determining total
moisture: DSTU-P CTN/TS 14774-1:2012. – К.:
Minekonomrozvytku Ukrainy, 2013. – 4 p. (Ukr)
12. Solid biofuel. Method of determining the ash content:
DSTU-P CTN/TS 14775:2012. – К.: Minekonomrozvytku
Ukrainy, 2013. – 4 p. (Ukr)
13. Methods for determining the density of particles:
DSTU-P CTN/TS 15150:2012. – К.: Minekonomrozvytku
Ukrainy, 2013. – 8 p. (Ukr)
14. Methods for determination of volatiles: DSTU EN
15148:2012. – К.: Minekonomrozvytku Ukrainy, 2013. – 6 p. (Ukr)
15. Wood for Energy Production. Technology–
environment–economy // Tsentr tekhnologiy biomassy. Helle
Serup (editor). – Energistyrelsen Miljo-og Energiministeriet,
1999. – 69 p. (Rus)
16. Thermal design of boiler units (Normativnyy metod).
Ed. Kuznetsov N.V. – М.: Energiya, 1973. – 296 p. (Rus)
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 2 78
Н.Н.Жовмир, канд.техн.наук (Институт возобновляемой
энергетики НАН Украины, Киев)
Кинетика термолиза и выгорания частиц твердого
биотоплива.
Часть 1. Экспериментальная установка и методика
проведения исследований
Описана экспериментальная термогравиметрическая ус-
тановка для исследования кинетики термолиза и выгорания
частиц твердого биотоплива в условиях окислительной
воздушной атмосферы при ударном нагреве. Частицу био-
топлива укладывают на опорную конструкцию, которая
находится на весах, и перемещают в предварительно на-
гретую до заданной температуры муфельную печь. Диапа-
зон рабочих температур в печи до 900C, дискретность
отсчета массы – 0,01 г, дискретность отсчета времени –
0,2 с. Описана методика проведения исследований и подго-
товки образцов исследуемого топлива. Библ. 16, рис. 1.
Ключевые слова: твердое биотопливо, гранулы, термолиз,
горение, кинетика.
Zhovmir M. (Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine)
Kinetics of thermolysis and burning of solid biofuel particles.
Part 1. Experimental installation and research procedure
The experimental thermogravimetriсal installation for studying
the kinetics of thermolysis and burning out of solid biofuel par-
ticles under oxidative conditions of atmospheric air at shock
heating . The biofuel particle is placed on the supporting struc-
ture, which is placed on the scales, and then is moved into muffle
furnace preheated to necessary temperature. Range of working
muffle temperature is up to 900C, discreteness of mass meas-
urements – 0.01 g, discreteness of time countdown – 0.2 s.
Method of experimental research and studied fuel samples
preparation are described. References 16, figure 1.
Key words: solid biofuel, pellets, thermolysis, burning, kinetics.
SYNOPSES
Further increase of biomass usage for energy production
requires improvement of burning technologies. An actual task is
CO, NOx, and particulate emission reduction at biomass burning
and especially at straw burning. Technological problem of bio-
mass burning is low intensity of furnace process in comparison
to that for traditional fossil fuels.
Proper burnout of volatile substances will prevent forma-
tion and emission of soot and resins particles. Stable ignition and
intensive burning out of volatile substances is possible at con-
certed rate of their release and blowing air supply. Known de-
pendencies, which describe the fuel thermolysis kinetics and
volatile release in an inert atmosphere at low temperatures up to
600K, are unacceptable for thermolysis in oxidizing environment
at high temperature, when volatile immediately reacts with oxi-
dizer with energy release and creating temperature conditions
around the particle which differ from initial conditions thus caus-
ing thermolysis acceleration. In previous works the thermolysis
duration in oxidative environment at temperatures 400...900oC
for wood chips, wood pellets, particles of straw and straw pellets
were described. But to calculate furnace processes it is necessary
know not only process duration but also rate of biofuel particle
thermal decomposition throughout thermolysis period.
In standard derivatograph the kinetics of fuel particle ther-
molysis is examined at heating rate of working space up to
50…99oC per minute. At that duration of particle heating to
400…900oC is 5…10 minutes, whereas thermal decomposition
of solid biofuel particle in oxidative conditions occurs during
10...200 seconds. Standard equipment is not available and cannot
provide necessary heating rate, therefore creation of experimen-
tal thermogravimetrical installation was needed.
Experimental thermogravimetrical installation was created;
its principle of operation lays is in measurement and registration
the mass of solid biofuel particle at its "shock" heating in oxida-
tive conditions. Biofuel particle is placed on the structure, lo-
cated on the scales, and then named structure is covered with
muffle preheated to desired temperature. Range of working muf-
fle temperature is up to 900oC, accuracy of temperature control
is ±10oC, discreteness of particle mass measurements – 0.01 g,
discreteness of time countdown – 0.2s. The process is fast-
running, so the image of instrument scales are recorded with
camcorder and data read at slow playing of video at computer.
For studied biofuels moisture content, ash and volatile were
measured. For experiments 0.5 g particles of biofuels were cut
off from dry pellets having correct shape without visible defects.
Стаття надійшла до редакції 18.02.16
Остаточна версія 04.04.16
|
| id | veorgua-article-125 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:01:06Z |
| publishDate | 2016 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/ed/c8acc945361141a425794d56bb3863ed.pdf |
| spelling | veorgua-article-1252026-07-18T06:32:10Z Kinetics of thermolysis and burning of solid biofuel particles. Part 1. Experimental installation and research procedure Кинетика термолиза и выгорания частиц твердого биотоплива. Часть 1. Экспериментальная установка и методика проведения исследований Кінетика термолізу та вигоряння часток твердого біопалива. Частина 1. Експериментальна установка та методика проведення досліджень Zhovmir, M. solid biofuel pellets thermolysis burning kinetics тверде біопаливо гранули термоліз горіння кінетика твердое биотопливо гранулы термолиз горение кинетика Further increase of biomass used for energy production requires improvement of burning technologies. An actual task is CO, NOx, and particulate emission reduction at biomass burningand especially at straw burning. Technological problem of biomass burning is the low intensity of furnace process in comparison to that for traditional fossil fuels.Proper burnout of volatile substances will prevent formation and emission of soot and resins particles. Stable ignition and intensive burning out of volatile substances is possible at a concerted rate of their release and blowing air supply. Known dependencies, which describe the fuel thermolysis kinetics and volatile release in an inert atmosphere at low temperatures up to600K, are unacceptable for thermolysis in the oxidizing environment at high temperature, when volatile immediately reacts with oxidizer with energy release and creating temperature conditions around the particle which differ from initial conditions thus causing thermolysis acceleration. In previous works, the thermolysis duration in an oxidative environment at temperatures 400...900 C for wood chips, wood pellets, particles of straw and straw pelletswere described. But to calculate furnace processes it is necessary to know not only process duration but also rates of biofuel particle thermal decomposition throughout the thermolysis period.In standard derivatograph, the kinetics of fuel particle thermolysis is examined at the heating rate of working space up to 50…99 C per minute. At that duration of particle heating to 400…900 C is 5…10 minutes, whereas thermal decomposition of solid biofuel particle in oxidative conditions occurs during 10...200 seconds. Standard equipment is not available and cannot provide the necessary heating rate, therefore the creation of experimental thermogravimetrical installation was needed.Experimental thermogravimetrical installation was created; its principle of operation lays is in measurement and registration the mass of solid biofuel particle at its "shock" heating in oxidative conditions. Biofuel particle is placed on the structure, located on the scales, and then named structure is covered with muffle preheated to the desired temperature. A range of working muffle temperature is up to 900 C, the accuracy of temperature control is ±10oC, discreteness of particle mass measurements – 0.01 g, discreteness of time countdown – 0.2s. The process is fast running, so the image of instrument scales are recorded with camcorder and data read at the slow playing of video on a computer. For studied biofuels moisture content, ash and volatiles were measured. For experiments, 0.5 g particles of biofuels were cut off from dry pellets having correct shape without visible defects. Описана экспериментальная термогравиметрическая установка для исследования кинетики термолиза и выгорания частиц твердого биотоплива в условиях окислительнойвоздушной атмосферы при ударном нагреве. Частицу биотоплива укладывают на опорную конструкцию, которая находится на весах, и перемещают в предварительно на-гретую до заданной температуры муфельную печь. Диапазон рабочих температур в печи до 900C, дискретность отсчета массы – 0,01 г, дискретность отсчета времени – 0,2 с. Описана методика проведения исследований и подготовки образцов исследуемого топлива. Описана експериментальна термогравіметрична установка для досліджень кінетики термолізу та вигоряння часток твердого біопалива в умовах окислювальної повітряної атмосфери з ударним нагрівом. Частку біопалива укладають на опорну конструкцію, що знаходиться на вагах, і переміщують її у попередньо нагріту муфельну піч. Діапазон робочих температур у печі до 900С, дискретність відліку маси – 0,01 г, дискретність відліку часу – 0,2 с. Описано методику проведення досліджень та підготовки зразків досліджуваного палива. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2016-06-23 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/125 Vidnovluvana energetika ; No. 2 (45) (2016): Scientific and Applied Journal Vidnovluvana energetika; 73-78 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 2 (45) (2016): Научно-прикладной журнал Возобновляемая энергетика; 73-78 Відновлювана енергетика; № 2 (45) (2016): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 73-78 2664-8172 1819-8058 uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/125/81 Copyright (c) 2016 M. Zhovmir https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | solid biofuel pellets thermolysis burning kinetics Zhovmir, M. Kinetics of thermolysis and burning of solid biofuel particles. Part 1. Experimental installation and research procedure |
| title | Kinetics of thermolysis and burning of solid biofuel particles. Part 1. Experimental installation and research procedure |
| title_alt | Кинетика термолиза и выгорания частиц твердого биотоплива. Часть 1. Экспериментальная установка и методика проведения исследований Кінетика термолізу та вигоряння часток твердого біопалива. Частина 1. Експериментальна установка та методика проведення досліджень |
| title_full | Kinetics of thermolysis and burning of solid biofuel particles. Part 1. Experimental installation and research procedure |
| title_fullStr | Kinetics of thermolysis and burning of solid biofuel particles. Part 1. Experimental installation and research procedure |
| title_full_unstemmed | Kinetics of thermolysis and burning of solid biofuel particles. Part 1. Experimental installation and research procedure |
| title_short | Kinetics of thermolysis and burning of solid biofuel particles. Part 1. Experimental installation and research procedure |
| title_sort | kinetics of thermolysis and burning of solid biofuel particles. part 1. experimental installation and research procedure |
| topic | solid biofuel pellets thermolysis burning kinetics |
| topic_facet | solid biofuel pellets thermolysis burning kinetics тверде біопаливо гранули термоліз горіння кінетика твердое биотопливо гранулы термолиз горение кинетика |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/125 |
| work_keys_str_mv | AT zhovmirm kineticsofthermolysisandburningofsolidbiofuelparticlespart1experimentalinstallationandresearchprocedure AT zhovmirm kinetikatermolizaivygoraniâčastictverdogobiotoplivačastʹ1éksperimentalʹnaâustanovkaimetodikaprovedeniâissledovanij AT zhovmirm kínetikatermolízutavigorânnâčastoktverdogobíopalivačastina1eksperimentalʹnaustanovkatametodikaprovedennâdoslídženʹ |