Temperature of wood and straw pellets at carbon burning out

Main technological problems at solid biofuels burning areash sintering and submicron solid particles emission, especiallyat straw and straw pellets combustion.A significant content of potassium compounds in the cerealstraw causes low temperatures of ash sintering and melting. Atstraw burning in ash...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2017
Автор:	Zhovmir, M.
Формат:	Стаття
Мова:	Українська
Опубліковано:	Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2017
Теми:	solid biofuels pellets carbon burning out particle overheating
Онлайн доступ:	https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/46
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Vidnovluvana energetika
Завантажити файл:

Репозитарії

Vidnovluvana energetika

_version_	1871103105376976896
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	2026-07-18T06:32:07Z
description	Main technological problems at solid biofuels burning areash sintering and submicron solid particles emission, especiallyat straw and straw pellets combustion.A significant content of potassium compounds in the cerealstraw causes low temperatures of ash sintering and melting. Atstraw burning in ash residue at temperatures above 800oC reactionswith the formation of secondary oxides and silicates occurs,which can form a fusible compound blocking movement andburning out of fuel.Low melting salts of solid biofuels ash at temperatures over900oC start to rapidly evaporate and condense with lowering ofthe flue gases temperature, which causes a significant content ofsubmicronic solid particles, creating environmental problems ofbiofuels usage.According to literary data at solid biofuels burning it wasobserved the overheating of blazing particles above muffle temperature.Overheating of blazing fractions of wood and strawpellets and its dependence on process conditions are not coveredin literature. Obviously, the overheating of blazing particles canlead to the intensification of the mentioned negative processes evenat furnace temperatures lower than that for ash sintering and itsatomization.In this paper experimentally investigated a change in temperatureof individual parts of the wood, wood and straw pelletsduring their thermolysis with volatile burning and subsequentoxidation of formed cokeash residue with free air access in amuffle furnace discovered the impact of high ash content on aparticles overheat. Research conducted by the method of an individualparticle burning in a muffle furnace preheated to400...800oC, at that the temperature inside of cylindrical particlesof wood, straw and wood pellets were measured by means of thinthermocouples.The maximum temperature of cokeash particle is achieved onit's axis just before completion of carbon burnout. Dependence ofthe maximum temperature of cokeash particle from furnace temperaturehas a complex saddle character with a local minimum at the furnacetemperature 500...550oC.It has been found that with an increase in fuel ash content theoverheating of burning particle increases: for willow particlewith ash content 0.9% it was up to 450oC; for willow pellets withash content 1.4% it was up to 530oC; for pine pellets with ashcontent 0.4% it was up 350 оС, and for straw pellets with ashcontent 9% it was up to 470оС.For investigated muffle temperature range the maximaloverheating for the cokeash residue of straw pellets were higherby 130… 60 degrees in comparison to that for wood pellets.
first_indexed	2025-07-17T11:37:07Z
format	Article
fulltext	БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058 Відновлювана енергетика. 2017. № 3 87 УДК 662.612.5 М.М.Жовмір, канд.техн.наук (Інститут відновлюваної енергетики НАН України, Київ) Температура деревних та солом’яних гранул при вигорянні вуглецю Наведено результати експериментальних досліджень зміни температури циліндричних часток деревини, деревних та со- лом’яних гранул при їх термолізі та окисленні вуглецю утвореного коксозольного залишку в умовах вільного доступу повіт- ря в муфельній печі. Максимальна температура коксозольного залишку досягається на його осі безпосередньо перед завер- шенням вигоряння вуглецю. Залежність максимальної температури коксозольного залишку від температури печі має скла- дний сідловидний характер із локальним мінімумом при температурі печі 500-550оС. Встановлено, що зі збільшенням вміс- ту золи в паливі перегрів часток палаючого коксозольного залишку зростає. Бібл. 10, рис. 6. Ключові слова: тверде біопаливо, гранули, вуглець, вигоряння, перегрів частки. ORCID: 0000-0001-6514-7474 Вступ. В Україні створюється мережа заво- дів із виробництва деревних та солом’яних гра- нул. Створення котелень зі спалюванням гранул є передумовою розвитку внутрішнього ринку гра- нул і позитивно вплине на розвиток машинобу- дування, лісового та сільського господарства. Тверде біопаливо у вигляді гранул (пелет) переважно використовують в опалювальних кот- лах потужністю до 500 кВт, що мають відповіда- ти вимогам [1]. Для спалювання гранул опалюва- льні котли потужністю до 100 кВт оснащують пальниковими пристроями за [2], причому паль- ники за цим стандартом випробовують із вико- ристанням гранул, що виготовлені з "хімічно необробленої деревини без кори", для яких тем- пература спікання золи повинна становити не менше 1400оС. Стандартом також передбачена перевірка працездатності та технічних показни- ків пальників, призначених для використання гранул з іншою температурою спікання золи. Стандартами на деревні [3] та солом’яні гранули [4] передбачена вимога до виробників вказувати всі характерні температури плавкості золи: початку усадки/спікання (SST), деформації (DT), напівсфери (НТ), розтікання (FT). Обсте- ження магазинів торгівельних мереж України показало, що гранули реалізуються без надання інформації про характеристики плавкості золи, які передбачені стандартами. Ряд виробників у своїх пальниках встановлюють механічні пристрої, які забезпечують видалення золи, що розширює експлуатаційні можливості обладнання щодо допустимого її вмісту в грану- лах. Однак у документації на котли не наводять вимоги до характеристик золи використовувано- го палива. Основними технологічними проблемами спалювання твердих біопалив є спікання золи та емісія субмікронних твердих часток, особливо при використанні соломи та солом’яних гранул, що характеризуються підвищеним вмістом лег- коплавкої золи. Значний вміст сполук калію у соломі злаків спричиняє низьку температуру спікання та плав- лення золи [5]. При спалюванні соломи у зольно- му залишку при температурах більше 800оС від- буваються реакції з утворенням вторинних окси- дів та силікатів [6], які можуть утворювати легко- плавкі сполуки та евтектики. Це може блокувати подальше пересування та вигоряння палива. Легкоплавкі солі мінеральної частини твер- дого біопалива при температурах понад 900оС починають інтенсивно випаровуватися і конден- суються при зниженні температури димових газів [7]. В результаті димові гази можуть містити час- тки середнім розміром 0,3 мкм в кількості 3-500 мг/м3 [8], що створює екологічні проблеми використання біопалив. © М.М.Жовмір, 2017 БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058 Відновлювана енергетика. 2017. № 3 88 Відомо, що спікання та розм’якшення золи палива визначається як характеристиками золи палива, так і термохімічними умовами, що ство- рюються в топці при його спалюванні. В топках котельних установок, впливаючи на режими го- ріння та теплообміну часток палива, створюють температурні умови, сприятливі для отримання золи в твердому або рідкому стані залежно від поставленої задачі. В роботі [9] досліджено швидкість горіння деревної тріски в умовах вільної конвекції при відносно низьких температурах печі (400-900оС), при цьому було визначено перегрів палаючих часток понад температуру середовища муфельної печі, який становив від 250оС до 60оС. Питання щодо перегріву палаючих часток деревних та со- лом’яних гранул в літературі не висвітлене. Ав- торам роботи [9] не вдалося виявити вплив вміс- ту золи на перегрів часток палива. Очевидно, що перегрів палаючих часток мо- же призводити до інтенсифікації вказаних нега- тивних процесів навіть при температурах середо- вища топки менших, ніж температура спікання золи чи температура початку випаровування лег- коплавких компонентів. Метою роботи є експериментальні дослі- дження зміни температури в одиничних гранулах під час їх термолізу з виходом і згорянням летких речовин та наступним окисленням утвореного коксозольного залишку при вільному доступі по- вітря в муфельній печі, а також виявлення впливу підвищеного вмісту золи на перегрів частки па- лаючого коксозольного залишку деревини, дере- вних та солом’яних гранул. Методика проведення експериментів. До- слідження проводилися методом спалювання ін- дивідуальної частки палива в муфельній печі, розігрітій до заданої температури. У роботах [9, 10] температуру палаючих часток палива вимі- рювали пірометричним методом, тобто здійсню- вали вимірювання температури поверхні частки. В даній роботі при термолізі та вигорянні часток температуру вимірювали всередині часток за до- помогою термопар. Термопари типу К виготовляли дуговим зва- рюванням хромелевих та алюмелевих ізольова- них проводів діаметром 0,1 мм з утворенням ко- ролька діаметром 0,5 мм. Скрутку та корольок термопари покривали захисною плівкою високо- температурного клею та запікали при температу- рі 550оС. Захисну плівку наносили у кілька ша- рів з досягненням діаметра вістря термопари 0,8 мм. Для подальших експериментів відбирали термопари, що пройшли повірку при температу- рах до 900оС. Дослідження проводили з використанням су- хої деревини вербових пагонів без кори, діамет- ром 8 мм та довжиною 40 мм (маса частки у су- хому стані 0,82 г, вміст золи Ad = 0,9% мас.). В частці палива паралельно її осі з протилежних кінців просвердлювали отвори діаметром 1 мм на глибину 15 мм з їх розміщенням по центру та на середині радіуса частки. У ці отвори вставляли вістря підготовлених термопар (рис. 1). Рис. 1. Розміщення термопар у частці біопалива: 1 – центральна термопара; 2 – радіальна термопара. БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058 Відновлювана енергетика. 2017. № 3 89 Також досліди проводили з використанням трьох видів сухих гранул діаметром 8 мм з різ- ним вмістом золи:  з вербової деревини (довжина часток 23 мм, маса часток 1,26 г, вміст золи Ad = 1,4% мас.);  з соснової деревини (довжина часток 24 мм, маса часток 1,42 г, вміст золи Ad = 0,4% мас.);  з соломи (довжина часток 25 мм, маса часток 1,47 г, вміст золи Ad = 9,0% мас.). При дослідженні температурного поля в гра- нулах використовували одну термопару з її роз- ташуванням в отворі діаметром 1 мм по центру гранули із заглибленням на 15 мм. Для проведення експериментів використову- вали штатив із жаростійкого дроту, на якому влаштована горизонтальна поличка з нержавію- чої сітки з чарункою 1 мм. Підготовлену частку біопалива клали горизонтально на сітчастий шта- тив, при цьому отвір з термопарою, що розміще- на на середині радіуса, розташовували під кутом 45о від вертикалі в першому або другому квадра- нті. Для вимірювання температури пічного сере- довища поряд із часткою палива встановлювали додаткову термопару. Для зменшення впливу прогріву дротів термопар та часток палива з тор- ців кінці часток палива ізолювали шаром муллі- токремнеземної вати шаром біля 10 мм. Проводи термопар прикріпляли до ручки штатива і підключали до цифрового мікропроце- сорного 8-канального регулятора-вимірювача температури ПКРТ-0102-8 із записом результатів вимірювання у пам’яті приладу та одночасним графічним відображенням у режимі реального часу на моніторі персонального комп’ютера. Муфельна піч має внутрішній простір шири- ною 200 мм, висотою 120 мм, довжиною 300 мм. Для зменшення теплових втрат всередині печі перед дверцятами встановлено перегородку з пе- рлітової цегли товщиною 40 мм, в якій влашто- вано канал розміром 60×70 мм для введення вка- заного штативу з досліджуваним зразком палива. Вимірювання температури в печі та її підтриман- ня здійснювали за допомогою термоелектричного перетворювача типу К з цифровим мікропроце- сорним регулятором температури РТ-0102 та безконтактним силовим блоком в колі живлення нагрівача печі. Налаштування ПІД регулятора забезпечувало підтримання встановленої темпе- ратури печі з відхиленням ±10оС. Досліди прово- дили при температурах муфельної печі 400, 500, 550, 600, 700 та 800оС. Штатив із часткою біопалива переносили в муфельну піч, рівномірно розігріту до заданої температури при відкритому доступі повітря. При цьому вимірювали зміну температур у часі, а також відлік часу за допомогою секундоміра від моменту посадки частки палива в піч до наступ- них подій:  початку видимого виділення летких у вигляді диму;  спалахування летких;  завершення виходу летких та їх по- лум’яного горіння з переходом до безпо- лум’яного окислення вуглецю утвореного коксо- зольного залишку;  завершення окислення вуглецю коксозо- льного залишку, що фіксувалося за згасанням світіння всередині утвореної частки золи. Отримані результати. При внесенні частки палива в пічний простір відбувався її прогрів, виділення летких, полум’яне вигоряння летких, утворення коксозольного залишку, безполум’яне окислення вуглецю з коксозольного залишку, утворення зольного залишку. Слід відмітити, що при низьких температу- рах печі (400-500оС) виділення летких речовин у вигляді диму починалося при температурі частки близько 270оС, але спалахування летких не від- бувалося і після завершення їх виходу частка утвореного коксозольного залишку мала темний колір. Вуглець утвореного коксозольного залиш- ку є високореакційним, проявляє пірофорні влас- тивості і при контакті з повітрям розжарюється, починаючи з кутиків торців і поширенням окис- лення по всій поверхні частки за 5-15 секунд. При температурах муфельної печі 550оС і вище спостерігалося спалахування летких речо- вин довкола частки з локальним підвищенням температури довкола частки. На рис. 2 наведено характер зміни темпера- тури на осі циліндричної частки вербової дереви- ни та на відстані 0,5 R від осі частки при темпе- ратурі в пічному просторі 600оС. Спалахування летких відбувалося на 23 с, а завершення їх виго- ряння на 45 с, завершення окислення вуглецю з коксозольного залишку відбувалося на 200 с. БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058 Відновлювана енергетика. 2017. № 3 90 Рис. 2. Характер зміни температури у циліндричній частці вербової деревини при температурі в муфельній печі 600оС: 1 – на осі частки; 2 – на відстані 0,5 R від осі частки; 3 – довкола частки. У період виходу та вигоряння летких темпе- ратура по центру частки була меншою, ніж у проміжній точці між центром та поверхнею. При завершенні вигоряння летких температура по пе- рерізу частки ставала рівномірною і становила близько 550оС. Спостереження показали, що окислення кок- созольного залишку, утвореного з деревних та солом’яних гранул, відбувається пошарово зі зміщенням фронту реагування всередину коксо- зольного залишку глибше під шар утвореної зо- ли. При цьому шар золи не осипається і може впливати на перебіг окислення вуглецю, створю- ючи дифузійний опір для кисню та продуктів го- ріння, зменшуючи швидкість окислення вуглецю та виділення теплоти хімічних реакцій. З іншої сторони, зі збільшенням товщини шару золи зрос- тає термічний опір для променевого та конвектив- ного теплообміну реагуючої поверхні з пічним простором. Питання про результуючий ефект цих двох різнонаправлених впливів не досліджене. В період окислення вуглецю з коксозольного залишку температура зростала, але по перерізу частки залишалася рівномірною. При досягненні фронту окислення вуглецю точки на середині радіуса частки температура в ній досягала 806оС і в подальшому знижувалась, а темпера- тура на осі часки продовжувала зростати і без- посередньо перед згасанням досягала максима- льного значення 846оС. З наведених даних слідує, що максимальна температура частки палива досягається при окис- ленні коксозольного залишку і спостерігається на її осі перед завершенням окислення вуглецю, ко- ли товщина шару утвореної золи над реагуючою поверхнею є максимальною. Можна стверджува- ти, що зростання термічного опору шару золи має переважаючий вплив на енергетичний баланс палаючої частки і приводить до підвищення її температури. Подібний характер має зміна температур і при окисленні деревних і солом’яних гранул. У зв’язку з цим у подальшому досліджували вплив температурних умов у печі та вмісту золи на мак- симальну температуру на осі частки коксозоль- ного залишку. На рис. 3 наведено дані про температуру, що досягається при окисленні коксозольного залиш- ку вербової деревини на осі частки, залежно від температури в муфельній печі. БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058 Відновлювана енергетика. 2017. № 3 91 Рис. 3. Максимальна температура на осі частки коксозольного залишку tоч залежно від температури в муфельній печі tп: 1 – коксозольний залишок частки вербової деревини; 2 – коксозольний залишок гранули з вербової деревини. З отриманих даних слідує, що залежність максимальної температури, що досягається на осі частки коксозольного залишку вербової де- ревини (Ad = 0,9% мас.), від температури печі має складний сідловидний характер. При низь- кій температурі в муфельній печі (400оС) при окисленні вуглецю утвореного коксозольного залишку на осі частки досягається найвища те- мпература 850оС, тоді як при температурах печі в діапазоні від 450 до 600оС найвища темпера- тура на осі частки коксозольного залишку є меншою і знаходиться в діапазоні 750-850оС з локальним мінімумом 750оС при температурі печі 500оС. З ростом температури печі понад 600оС спостерігається помірний ріст максима- льної температури на осі частки до 920оС при температурі печі 800оС. На рис. 3 також наведено дані про максима- льну температуру, що досягається на осі частки коксозольного залишку гранули, виготовленої з вербової деревини (Ad = 1,4% мас.). Характер за- лежності максимальної температури, що досяга- ється на осі частки коксозольного залишку вер- бової гранули, подібний до характеру залежності для коксозольного залишку частки вербової де- ревини, але рівень температур є вищим. Особли- вість полягає в тому, що окислення коксозольно- го залишку вербових гранул при низькій темпе- ратурі печі (400оС) відбувається з досягненням вищої температури на осі частки, ніж окислення при вищих температурах печі. В обох випадках – вербових часток і вербо- вих гранул – надлишкова температура як різниця максимальної температури на осі частки коксо- зольного залишку та температури печі  = (tоч – – tп) монотонно зменшується зі зростанням тем- ператури печі tп (рис. 4). При цьому надлишкова температура при окисленні коксозольного зали- шку є істотно вищою при низьких температурах печі, становить 450оС та 530оС і є значно біль- шою від максимальної надлишкової температури на поверхні коксозольного залишку деревної час- тки, визначеної в [9]. У порівнянні з коксозольним залишком вер- бової деревини (Ad = 0,9% мас.) при окисленні коксозольного залишку вербових гранул (Ad = 1,4% мас.) на осі частки досягається вища температура, що вказує на зростання температу- ри зі збільшенням вмісту золи в паливі. Ця різни- ця температур досягає 125 градусів при темпера- турі в печі 500-600оС, а при високих температу- рах печі є неістотною. БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058 Відновлювана енергетика. 2017. № 3 92 Рис. 4. Максимальна надлишкова температура  на осі частки коксозольного залишку залежно від температури в муфельній печі tп: 1 – коксозольний залишок частки вербової деревини; 2 – коксозольний залишок гранули з вербової деревини. На рис. 5 наведено залежність максимальної температури на осі коксозольного залишку дере- вних (соснових) та солом’яних гранул від темпе- ратури муфельної печі. Залежність має більш складний характер, ніж у випадку палив із вербо- вої деревини. Для коксозольного залишку сосно- вих та солом’яних гранул залежність tоч = f(tп) не є монотонною функцією – в області температур муфельної печі від 500 до 550оС відбувається зміна характеру залежності. В діапазоні температур печі від 400 до 500оС спостерігалося монотонне збільшення максимальної температури на осі коксозольного залишку з досяг- ненням значень 794 та 916оС для коксозольного за- лишку деревних та солом’яних гранул відповідно. При температурі печі 550оС спостерігається локальний мінімум максимальної температури коксозольного залишку 760оС для деревних гра- нул та 855оС для солом’яних гранул. Зі зростанням температури печі від 550 до 800оС спостерігалося збільшення максимальних температур коксозольного залишку. В усьому дослідженому діапазоні температур печі на осі коксозольного залишку солом’яних гранул (Ad = 9,0% мас.) максимальна температура була вищою на 130-60 градусів у порівнянні з коксозольним залишком деревних гранул (Ad = 0,4% мас.), що також вказує на зростання ма- ксимальної температури палаючого коксозольного залишку зі збільшенням вмісту золи в паливі. Рис. 5. Максимальна температура на осі частки коксозольного залишку tоч залежно від температури в муфельній печі tп: 1 – коксозольний залишок деревної (соснової) гранули Ad=0,4%мас; 2 – коксозольний залишок солом’яної гранули Ad=9,0% мас. БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058 Відновлювана енергетика. 2017. № 3 93 На рис. 6 наведено дані про максимальну надлишкову температуру  на осі частки коксо- зольного залишку деревних (соснових) та со- лом’яних гранул, яка для цих видів гранул моно- тонно зменшується зі зростанням температури печі. При цьому надлишкова температура при окисленні коксозольного залишку солом’яних гранул із вищим вмістом золи є вищою на 130 градусів при температурах печі до 700оС та 60 градусів при температурі печі 800оС. Рис. 6. Максимальна надлишкова температура  на осі частки коксозольного залишку залежно від температури в муфельній печі tп: 1 – коксозольний залишок деревної (соснової) гранули; 2 – коксозольний залишок солом’яної гранули. Отримані дані про максимальні температури на осі коксозольного залишку гранул вказують на те, що при спалюванні солом’яних гранул розви- ваються більш високі температури і виникають сприятливіші умови для протікання пірохімічних реакцій мінералоутворення з оксидів, наявних у золі. Зважаючи на присутність у солом’яній золі ряду легкоплавких оксидів лужного характеру та кислих оксидів, це може вести до прискорення утворення як легкоплавких сполук, так і їх лег- коплавких евтектик. Таким чином, негативні особливості температурних умов окислення кок- созольного залишку солом’яних гранул та хіміч- ного складу їх золи, накладаючись, можуть ство- рювати умови, несприятливі для збереження си- пучого та твердого стану золи, спричиняти під- вищене випаровування компонентів золи та зна- чну емісію твердих часток. Висновки. 1. Максимальна температура кок- созольного залишку циліндричних гранул дося- гається на їх осі безпосередньо перед згасанням і може досягати 750-950 оС при температурах у печі 400-800оС. Залежність температури на осі частки від температури печі не є монотонною, а має складний сідловидний характер із локальним мінімумом при температурі в печі 500оС для вер- бових часток та гранул і при 550оС для соснових та солом’яних гранул. 2. Встановлено, що при спалюванні часток деревини, деревних та солом’яних гранул зі збі- льшенням вмісту золи коксозольний залишок розігрівається до вищих температур. 3. Надлишкова температура на осі часток ко- ксозольного залишку деревних гранул із вмістом золи 0,4% та солом’яних гранул із вмістом золи 9% монотонно зменшується зі зростанням темпе- ратури печі. При цьому надлишкова температура при окисленні коксозольного залишку со- лом’яних гранул є вищою на величину до 130 градусів у дослідженому діапазоні темпера- тур в муфельній печі. 4. В пальникових пристроях для спалювання солом’яних гранул з метою запобігання спікання та розм’якшення золи, а також зменшення емісії твер- БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058 Відновлювана енергетика. 2017. № 3 94 дих часток доцільними можуть бути режими робо- ти з підтриманням у зоні випалювання коксозоль- ного залишку температур до 400оС або в діапазоні від 550 до 600оС, коли максимальна температура на осі часток коксозольного залишку є нижчою. 1. Котлы отопительные для твердого топлива с руч- ной и автоматической загрузкой номинальной тепловой мощностью до 500 кВт. Терминология, требования, методы испытаний и маркировка: ГОСТ 33016-2014 (EN 303-5:2012) / Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. – М.: Стандартинформ, 2015. – 43 с. 2. Горелки пеллетные для котлов отопительных теп- ловой мощностью до 100 кВт. Общие технические требо- вания и методы испытаний: ГОСТ 32452-2013 (EN 15270:2007) / Федеральное агентство по техническому регу- лированию и метрологии. – М.: Стандартинформ, 2014. – 56 с. 3. Биотопливо твердое. Технические характеристики и классы топлива. Часть 2. Древесные пеллеты для непромыш- ленного использования. ГОСТ Р 55114-2012 (ЕН 14961-2:2011) / Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. – М.: Стандартинформ, 2014. – 10 с. 4. Биотопливо твердое. Технические характеристики и классы топлива. Часть 6. Недревесные пеллеты для не- промышленного использования: ГОСТ Р 55868-2013 (EN 14961-6:2012) / М.: Стандартинформ, 2014. – 14 с. 5. Straw for energy production. Technology- Environment-Economy / The Centre for Biomass Technology. L. Nikolaisen (Editor)// Danish Energy Agency, 1998. – 53p. – www.ens.dk. 6. Steenary B.M., Lindqvist O. High-temperature reactions of straw ash and the anti-sintering additives kaolin and dolo- mite//Biomass and bioenergy. – 1998, vol. 14, N 1. – P.67–76. 7. Jimener S., Ballester J. Particulate matter formation and emission in the combustion of different pulverized biomass fuels // Combustion science and technology. – 2006, vol. 176, N 4. – P. 655–683. 8. Chistensen K.A., Livbjerg H. A field study of submi- cron particles from the combustion of straw // Aerosol science and technology. – 1996, vol. 25, N 2. – P. 185–199. 9. Силин В.Е., Рыжков А.Ф., Надир С.М.Ш. Низко- температурное сжигание биомассы // Экотехнологии и ре- сурсосбережение. – 2008, №5. – С. 9–15. 10. Бабий В.И., Куваев Ю.Ф. Горение угольной пы- ли и расчет пылеугольного факела. – М.: Энергоатомиз- дат, 1986. – 208 с. REFERENCES 1. Heating boilers for solid fuels, manually and auto- matically stoked, nominal heat output of up to 500 kW. Termi- nology, requirements, test methods and marking: GOST 33016- 2014 (EN 303-5:2012) / Federalnoe agentstvo po tekhnicheskomu regulirovaniyu i metrologii. – M.: Standartin- form, 2015. – 43p. (Rus) 2. Pellet burners for heating boilers the output up to 100 kW. General technical requirements and test methods: GOST 32452-2013 (EN 15270:2007) / Federalnoe agentstvo po tekhnicheskomu regulirovaniyu i metrologii. – M.: Standartin- form, 2014. – 56 p. (Rus) 3. Solid biofuels. Technical specification and fuel classes. Part 2. Wood pelllets for nonindustrial use. GOST R 55114-2012 (ЕН 14961-2:2011) / Federalnoe agentstvo po tekhnicheskomu regulirovaniyu i metrologii. – M.: Standartinform, 2014.– 10p. (Rus) 4. Solid biofuels. Fuel specifications and classes. Part 6. Non-woody pellets for non-industrial use. GOST R 55868-2013 (EN 14961-6:2012) / M.: Standartinform, 2014.(Rus) 5. Straw for energy production. Technology- Environment-Economy / The Centre for Biomass Technology. L. Nikolaisen (Editor)// Danish Energy Agency, 1998. – 53p. – www.ens.dk 6. Steenary B.M., Lindqvist O. High-temperature reactions of straw ash and the anti-sintering additives kaolin and dolo- mite//Biomass and bioenergy. – 1998, vol. 14, N 1. – P.67–76. 7. Jimener S., Ballester J. Particulate matter formation and emission in the combustion of different pulverized biomass fuels // Combustion science and technology. – 2006, vol. 176, N 4. – P. 655–683. 8. Chistensen K.A., Livbjerg H. A field study of submi- cron particles from the combustion of straw // Aerosol science and technology. – 1996, vol. 25, N 2. – P. 185–199. 9. Silin V.E., Ryzhkov A.F., Nadir S.M.Sh. Low tempera- ture biomass combustion // Ekotechnologii i resursosberezhenije. – 2008, №5. – P. 9–15. (Rus) 10. Babij V.I., Kuvajev Ju.F. Burning of coal dust and coal dust torch calculation. – M.: Energoatomizdat, 1986. – 208p. (Rus) Н.М.Жовмир, канд.техн.наук (Институт возобновляемой энергетики НАН Украины, Киев) Температура древесных и соломенных пеллет при выго- рании углерода Приведены результаты экспериментальных исследований температуры цилиндрических частиц древесины, древесных и соломенных гранул при их термолизе и окислении углерода образовавшегося коксозольного остатка в условиях свобод- ного доступа воздуха в муфельной печи. Максимальная температура коксозольного остатка достигается на его оси непосредственно перед завершением выгорания углеро- да. Зависимость максимальной температуры коксозольного остатка от температуры печи имеет сложный седловид- ный характер с локальным минимумом при температуре печи 500-550оС. Установлено, что с увеличением содержа- ния золы в топливе перегрев частиц пылающего коксозоль- ного остатка возрастает. Библ. 10, рис. 6. Ключевые слова: твердое биотопливо, пеллеты, углерод, выгорание, перегрев частицы. Zhovmir M. (Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine, Kyiv) Temperature of wood and straw pellets at carbon burning out Here are described experimental results of temperature in cylin- drical particles of wood, straw and wood pellets at their thermo- lysis and carbon oxidation of formed cokeash residue in condi- БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058 Відновлювана енергетика. 2017. № 3 95 tions of free air access in a muffle furnace. Maximum tempera- ture of cokeash particle is achieved on its axis just before com- pletion of carbon burnout. Dependence of maximum temperature of cokeash particle from furnace temperature has a complex saddle character with local minimum at furnace temperature 500...550oC. It has been found that with increase in fuel ash content the overheating of burning particle increases. Refer- ences 10, figures 6. Keywords: solid biofuels, pellets, carbon, burning out, particle overheating. SYNOPSES Main technological problems at solid biofuels burning are ash sintering and submicron solid particles emission, especially at straw and straw pellets combustion. A significant content of potassium compounds in the cereal straw causes low temperatures of ash sintering and melting. At straw burning in ash residue at temperatures above 800oC reac- tions with formation of secondary oxides and silicates occurs, which can form a fusible compounds blocking movement and burning out of fuel. Low melting salts of solid biofuels ash at temperatures over 900oC start to rapidly evaporate and condense with lowering of the flue gases temperature, which cause a significant content of submicronic solid particles, creating environmental problems of biofuels usage. According to literary data at solid biofuels burning it was observed the overheating of blazing particles above muffle tem- perature. Overheating of blazing fractions of wood and straw pellets and its dependence on process conditions are not covered in literature. Obviously, the overheating of blazing particles can lead to intensification of the mentioned negative processes even at furnace temperatures lower than that for ash sintering and its atomization. In this paper experimentally investigated change in tem- perature of individual parts of the wood, wood and straw pellets during their thermolysis with volatile burning and subsequent oxidation of formed cokeash residue with free air access in a muffle furnace, discovered the impact of high ash content on a particles overheat. Research conducted by the method of an in- dividual particle burning in a muffle furnace preheated to 400...800oC, at that the temperature inside of cylindrical particles of wood, straw and wood pellets was measured by means of thin thermocouples. Maximum temperature of cokeash particle is achieved on its axis just before completion of carbon burnout. Dependence of maximum temperature of cokeash particle from furnace tempera- ture has a complex saddle character with local minimum at fur- nace temperature 500...550oC. It has been found that with increase in fuel ash content the overheating of burning particle increases: for willow particle with ash content 0.9% it was up to 450oC; for willow pellets with ash content 1.4% it was up to 530oC; for pine pellets with ash content 0.4% it was up 350оС; and for straw pellets with ash content 9% it was up to 470оС. For investigated muffle temperature range the maximal overheating for the cokeash residue of straw pellets were higher by 130… 60 degrees in comparison to that for wood pellets. Стаття надійшла до редакції 24.06.17 Остаточна версія 04.09.17
id	veorgua-article-46
institution	Vidnovluvana energetika
keywords_txt_mv	keywords
language	Ukrainian
last_indexed	2026-07-19T01:02:54Z
publishDate	2017
publisher	Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
record_format	ojs
resource_txt_mv	veorgua/a0/a90d369ed7cb22e5380dac3efaf0eaa0.pdf
spelling	veorgua-article-462026-07-18T06:32:07Z Temperature of wood and straw pellets at carbon burning out Температура древесных и соломенных пеллет при выго- рании углерода Температура деревних та солом’яних гранул при вигорянні вуглецю Zhovmir, M. solid biofuels pellets carbon burning out particle overheating тверде біопаливо гранули вуглець вигоряння перегрів частки твердое биотопливо пеллеты углерод выгорание перегрев частицы Main technological problems at solid biofuels burning areash sintering and submicron solid particles emission, especiallyat straw and straw pellets combustion.A significant content of potassium compounds in the cerealstraw causes low temperatures of ash sintering and melting. Atstraw burning in ash residue at temperatures above 800oC reactionswith the formation of secondary oxides and silicates occurs,which can form a fusible compound blocking movement andburning out of fuel.Low melting salts of solid biofuels ash at temperatures over900oC start to rapidly evaporate and condense with lowering ofthe flue gases temperature, which causes a significant content ofsubmicronic solid particles, creating environmental problems ofbiofuels usage.According to literary data at solid biofuels burning it wasobserved the overheating of blazing particles above muffle temperature.Overheating of blazing fractions of wood and strawpellets and its dependence on process conditions are not coveredin literature. Obviously, the overheating of blazing particles canlead to the intensification of the mentioned negative processes evenat furnace temperatures lower than that for ash sintering and itsatomization.In this paper experimentally investigated a change in temperatureof individual parts of the wood, wood and straw pelletsduring their thermolysis with volatile burning and subsequentoxidation of formed cokeash residue with free air access in amuffle furnace discovered the impact of high ash content on aparticles overheat. Research conducted by the method of an individualparticle burning in a muffle furnace preheated to400...800oC, at that the temperature inside of cylindrical particlesof wood, straw and wood pellets were measured by means of thinthermocouples.The maximum temperature of cokeash particle is achieved onit's axis just before completion of carbon burnout. Dependence ofthe maximum temperature of cokeash particle from furnace temperaturehas a complex saddle character with a local minimum at the furnacetemperature 500...550oC.It has been found that with an increase in fuel ash content theoverheating of burning particle increases: for willow particlewith ash content 0.9% it was up to 450oC; for willow pellets withash content 1.4% it was up to 530oC; for pine pellets with ashcontent 0.4% it was up 350 оС, and for straw pellets with ashcontent 9% it was up to 470оС.For investigated muffle temperature range the maximaloverheating for the cokeash residue of straw pellets were higherby 130… 60 degrees in comparison to that for wood pellets. Приведены результаты экспериментальных исследованийтемпературы цилиндрических частиц древесины, древесныхи соломенных гранул при их термолизе и окислении углеродаобразовавшегося коксозольного остатка в условиях свобод-ного доступа воздуха в муфельной печи. Максимальнаятемпература коксозольного остатка достигается на егооси непосредственно перед завершением выгорания углеро-да. Зависимость максимальной температуры коксозольногоостатка от температуры печи имеет сложный седловид-ный характер с локальным минимумом при температурепечи 500-550оС. Установлено, что с увеличением содержа-ния золы в топливе перегрев частиц пылающего коксозоль-ного остатка возрастает. Наведено результати експериментальних досліджень зміни температури циліндричних часток деревини, деревних та со-лом’яних гранул при їх термолізі та окисленні вуглецю утвореного коксозольного залишку в умовах вільного доступу повіт-ря в муфельній печі. Максимальна температура коксозольного залишку досягається на його осі безпосередньо перед завер-шенням вигоряння вуглецю. Залежність максимальної температури коксозольного залишку від температури печі має скла-дний сідловидний характер із локальним мінімумом при температурі печі 500-550оС. Встановлено, що зі збільшенням вміс-ту золи в паливі перегрів часток палаючого коксозольного залишку зростає. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2017-09-11 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/46 Vidnovluvana energetika ; No. 3 (50) (2017): Scientific and Applied Journal Vidnovluvana energetika; 93-100 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 3 (50) (2017): Научно-прикладной журнал Возобновляемая энергетика; 93-100 Відновлювана енергетика; № 3 (50) (2017): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 93-100 2664-8172 1819-8058 uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/46/34 Copyright (c) 2017 M. Zhovmir https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0
spellingShingle	solid biofuels pellets carbon burning out particle overheating Zhovmir, M. Temperature of wood and straw pellets at carbon burning out
title	Temperature of wood and straw pellets at carbon burning out
title_alt	Температура древесных и соломенных пеллет при выго- рании углерода Температура деревних та солом’яних гранул при вигорянні вуглецю
title_full	Temperature of wood and straw pellets at carbon burning out
title_fullStr	Temperature of wood and straw pellets at carbon burning out
title_full_unstemmed	Temperature of wood and straw pellets at carbon burning out
title_short	Temperature of wood and straw pellets at carbon burning out
title_sort	temperature of wood and straw pellets at carbon burning out
topic	solid biofuels pellets carbon burning out particle overheating
topic_facet	solid biofuels pellets carbon burning out particle overheating тверде біопаливо гранули вуглець вигоряння перегрів частки твердое биотопливо пеллеты углерод выгорание перегрев частицы
url	https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/46
work_keys_str_mv	AT zhovmirm temperatureofwoodandstrawpelletsatcarbonburningout AT zhovmirm temperaturadrevesnyhisolomennyhpelletprivygoraniiugleroda AT zhovmirm temperaturaderevnihtasolomânihgranulprivigorânnívuglecû

Temperature of wood and straw pellets at carbon burning out

Репозитарії

Схожі ресурси