Перспективи залучення відходів олійноекстракційних заводів України для виробництва теплової та електричної енергії

Abstract

Паливні відходи олійноекстракційних заводів – лушпиння соняшника (ЛС) – доцільно використовувати для заміни викопного палива в промислових та комунальних енергетичних котлах. Удосконалення існуючих та створення нових котельних апаратів для спалювання ЛС має ґрунтуватися на розумінні закономірностей термічної переробки такого палива. Мета цієї роботи – визначення структурних особливостей та закономірностей горіння ЛС в камерах згоряння котельних апаратів. У камерах згоряння нагрівання паливних частинок відбувається при швидкостях нагріву ~500 °С/с та температурах процесу до 900 °С. ЛС містить близько 30 % – 48 % целюлози, 34 % – 38 % геміцелюлози та 17 % – 26 % лігніну. Залежно від структури відрізняється і елементний склад палива, і кількісний та якісний склад летких, і, як наслідок, теплота згоряння. В різних зразках ЛС вміст вуглецю варіюється в діапазоні 40 % – 55 % на робочу масу, сірки – 0,05 % – 0,2 %, хлору – 0,05 % – 0,3 %, золи – 3 % – 9 % та вологи – 5 % – 10 %, теплота згоряння – 15–21 МДж/кг. При термічному розкладанні ЛС при швидкісному нагріві до температур 500 °С – 900 °С утворюються леткі та твердий коксозольний залишок (КЗ) (до 20 % – 30 % вихідної маси), який має низьку реакційну здатність і високу міцність. Динамічні криві виходу летких мають дві принципово різні ділянки. Перша з них відповідає виділенню і вигоранню летких, друга – вигорянню КЗ. Отримано емпіричні залежності тривалості стадії вигоряння ЛС для температур 500 °С – 900 °С та 700 °С – 900 °С. Вигоряння КЗ є домінуючим процесом термічного розкладання ЛС, який визначає повноту утилізації палива, конструктивні особливості камери згоряння, ефективність і режимні параметри технологічного процесу. Завищені значення втрат теплоти з механічним недопалом при горінні ЛС в котельних апаратах пов'язані з вигорянням низькореакційного КЗ. Цей етап рекомендується проводити при температурах 850 °С – 900 °С.

Sunflower husk (SH) is a fuel waste from oil extraction plants that can be used to replace fossil fuels in industrial and municipal power boilers. Improvement of existing and creation of new boilers for combustion of SH should be based on an understanding of the laws of thermal processing of such fuel. The purpose of this work is to determine the structural features and patterns of combustion of SH in the combustion chambers of boilers. In the combustion chambers, fuel particles are heated at rates of ~500 °C/s and up to temperatures of process 900 °C. Sunflower husk contains about 30–48 wt. % cellulose, 34–38 wt. % hemicellulose and 17–26 wt. % lignin. Depending on the structure, the elemental composition of the fuel, the quantitative and qualitative composition of volatiles, and, as a result, the heat of combustion differs. In different samples of SH, the carbon content varies in the range of 40–55 % by weight, sulfur – 0.05–0.2 %, chlorine – 0.05–0.3 %, ash – 3– 9% and moisture – 5–10 %, calorific value – 15–21 MJ/kg. Thermal decomposition of sunflower husk at high-speed heating to temperatures of 500–900 °C produces volatile and solid coke residue (up to 20–30 % of the initial mass), which has low reactivity and high strength. Dynamic yield curves of gaseous components of volatile have two fundamentally different sections. The first of them corresponds to the release and burnout of volatiles, and the second to the burnout of the coke residue. The empirical dependences of the duration of the volatile burnout stage for temperatures of 500–900 °C and 700–900 °C were obtained. The burning of coke ash residue is the dominant process of thermal decomposition of sunflower husk, which determines the completeness of fuel utilization, design features of the combustion chamber, efficiency and operating parameters of the technological process. Excessive values of heat losses with mechanical underburning during the combustion of SH in boilers are ass