Исследование параметров производства гранулированного топлива из торфа
И.И. Голованова, А.П. Терехин, П.А. Марьяндышев
Вестник ИГЭУ, 2024 г. выпуск 1, сс. 35—43
Скачать PDF
Состояние вопроса. Гранулирование становится все более привлекательной технологией для энергетического использования биомассы. Проблема поиска подходящего метода уплотнения различных видов биомассы существует на протяжении десятилетий. Целью исследования является подбор оптимального режима производства гранул из торфяного топлива.
Материалы и методы. В качестве материала исследования выбраны образцы торфа, собранные в Мезенском районе Архангельской области. Элементный анализ исследуемых образцов торфа и торфяных пеллет проведен методом рентгенофлуоресцентной спектроскопии на спектрометре EDX-8000. Эксперименты по гранулированию торфа проведены в пресс-грануляторе немецкой компании Amandus Kahl.
Результаты. Описан подбор режима работы пресс-гранулятора для производства пеллет из торфяного топлива. Подобран оптимальный режим, при котором производятся гранулы, соответствующие национальному стандарту. Проведен элементный анализ исследуемых образцов торфа и торфяных пеллет методом рентгенофлуоресцентной спектроскопии, который показал, что зольность торфяного топлива из Архангельской области составляет не более 2 %.
Выводы. Производство экологически чистых высококалорийных гранул из торфа, характеристики которых соответствуют требованиям российских стандартов, позволяет увеличить энергетический потенциал Архангельской области. При преобразовании торфа в пеллеты увеличивается содержание углерода, азота и водорода (C+N+H), а содержание серы и кислорода (О+S) снижается, что приводит к повышению теплоты сгорания топлива. Преимуществами для энергетического использования торфа является малое содержание в нем серы, низкая зольность и высокая температура размягчения золы.
1. Energetic, economic, and greenhouse gas emissions assessment of biomass and solar photovoltaic systems for an industrial facility / J. Sajid, M.B. Sajid, M.M. Ahmad, et al. // Energy Reports. – 2022. – Vol. 8. – P. 12503–12521.
2. Transient gas and particle emissions from smouldering combustion of peat / Y. Hu, E. Christensen, F. Restuccia, G. Rein // Proceedings of the Combustion Institute. – 2019. – Vol. 37. – P. 4035–4042.
3. Любов В.К., Любова С.В. Повышение эффективности энергетического использования биотоплив. – Архангельск: САФУ, 2017. – 533 с.
4. Pelleting torrefied biomass at pilot-scale – Quality and implications for co-firing / D.A. Agar, M. Rudolfsson, S. Lavergne, et al. // Renewable Energy. – 2021. – Vol. 178. – P. 766–774.
5. A review of the mechanism of bonding in densified biomass pellets / A. Anukam, J. Berghel, G. Henrikson, et al. // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2021. – Vol. 148. – P. 111249.
6. Impact of torrefaction on thermal behavior of wheat straw and groundnut stalk biomass: Kinetic and thermodynamic study / B. Gajera, U. Tyagi, A.K. Sarma, M.K. Jha // Fuel Communications. – 2022. – Vol. 12. – P. 100073.
7. The study of highly mineralized peat sedimentation products in terms of their use as an energy source / R. Tabakaev, K. Ibraeva, N. Yazykov, et al. // Fuel. – 2020. – Vol. 271. – P. 117593.
8. Biomass integration for energy recovery and efficient use of resources: Tomsk Region / Y. van Fan, S. Romanenko, L. Gai, et al. // Energy. – 2021. – Vol. 235. – P. 121378.
9. Исследование характеристик и минерального состава торфа Томской области применительно к энергетическому использованию / К.Т. Ибраева, Ю.О. Манаев, Р.Б. Табакаев и др. // Известия ТПУ. – 2019. – Т. 330, № 1. – С. 191–200.
10. Chukhareva N., Korotchenko T., Rozhkova D. Impact of Heat Treatment on the Structure and Properties of Tomsk Region Peat // Procedia Chemistry. – 2014. – Vol. 10. – P. 535–540.
11. Krumins J., Klavins M., Kalnina L. Fen peat in environmentally friendly technologies // Energy Procedia. – 2018. – Vol. 147. – P. 114–120.
12. Computational study of the multidimensional spread of smouldering combustion at different peat conditions / H. Yuan, D.M.J. Purnomo, P. Sun, et al. // Fuel. – 2023. – Vol. 345. – P. 128064. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.fuel.2023.128064
13. Royo J., Canalís P., Quintana D. Chemical study of bottom ash sintering in combustion of pelletized residual agricultural biomass // Fuel. – 2022. – Vol. 310. – P. 122145.
14. Thermodynamic equilibrium prediction of bed agglomeration tendency in dual fluidized-bed gasification of forest residues / F. Moradian, P.A. Tchoffor, K.O. Davidsson, et al. // Fuel Processing Technology. – 2016. – Vol. 154. – P. 82–90.
15. Mitigating bed agglomeration in a fluidized bed gasifier operating on rice straw / J. Nisamaneenate, D. Atong, A. Seemen, V. Sricharoenchaikul // Energy Reports. – 2020. – Vol. 6. – P. 275–285.
16. Characterization of ashes produced from different biomass fuels used in combustion systems in a pulp and paper industry towards its recycling / M.N. Capela, D.M. Tobaldi, M.P. Seabra, et al. // Biomass and Bioenergy. – 2022. – Vol. 166. – P. 106598.
17. Agglomeration in fluidized bed: Bibliometric analysis, a review, and future perspectives / R.F. Nascimento, M.F. Ávila, O.P. Taranto, L.E. Kurozawa // Powder Technology. – 2022. – Vol. 406. – P. 117597.
18. Experimental study of ash wear of heat exchange surfaces of the boiler / R.K. Orumbayev, B.T. Bakhtiyar, D.R. Umyshev, et al. // Energy. – 2021. – Vol. 215. – P. 119119. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/ j.energy.2020.119119
19. Pronobis M., Wojnar W. The impact of biomass co-combustion on the erosion of boiler convection surfaces // Energy Conversion and Management. – 2013. – Vol. 74. – P. 462–470. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.enconman.2013.06.059
20. Kaliyan N., Morey R.V. Natural binders and solid bridge type binding mechanisms in briquettes and pellets made from corn stover and switchgrass // Bioresource Technology. – 2010. – Vol. 101(3). – P. 1082–1090. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.biortech.2009.08.064
21. Effect of oxidation on erosive wear behaviour of boiler steels / M. Antonov, R. Veinthal, E. Huttunen-Saarivirta, et al. // Tribology International. – 2013. – Vol. 68. – P. 35–44. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.triboint. 2012.09.011
22. Oxidation-abrasion of TiC-based cermets in SiC medium / M. Antonov, I. Hussainova, J. Kübarsepp, R. Traksmaa // Wear. – 2011. – Vol. 273(1). – P. 23–31. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.wear.2011.05.005
23. Morris J.D., Daood S.S., Nimmo W. The use of kaolin and dolomite bed additives as an agglomeration mitigation method for wheat straw and miscanthus biomass fuels in a pilot-scale fluidized bed combustor // Renewable Energy. – 2022. – Vol. 196. – P. 749–762.