МОДЕРНІЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЇ СПАЛЮВАННЯ ПИЛОПОДІБНОГО ВУГІЛЛЯ НА ТЕС ІЗ ЗАСТОСУВАННЯМ ДРІБНОДИСПЕРСНИХ ДЕРЕВНИХ ДОМІШОК

Батир, Артур Олегович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7184

Title:	МОДЕРНІЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЇ СПАЛЮВАННЯ ПИЛОПОДІБНОГО ВУГІЛЛЯ НА ТЕС ІЗ ЗАСТОСУВАННЯМ ДРІБНОДИСПЕРСНИХ ДЕРЕВНИХ ДОМІШОК
Authors:	Беспалько, Сергій Анатолійович Батир, Артур Олегович
Keywords:	тес;спалювання вугілля
Issue Date:	30-Jan-2026
Abstract:	Метою роботи є обґрунтування результатів експериментальних досліджень енергетичних та екологічних характеристик, а також оцінка економічної ефективності змішаних палив на основі вугілля та широко поширених відходів лісової промисловості, можливості їх ефективного спалювання в котельних установках теплових електростанцій. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні завдання: 1. Виявлення основних факторів, які мають значний вплив на характеристики одержуваних сумішевих видів палива. 2. Розробка методів проведення експериментальних досліджень для визначення теплотехнічних, енергетичних та екологічних характеристик різних змішаних видів палива на основі вугілля та деревини. 3. Експериментальне визначення основних, значущих теплотехнічних, енергетичних та екологічних характеристик змішаних видів палива на основі типових вугілля та деревини. 4. Експериментальне визначення складу газів, що виділяються при термічному розкладанні змішаних палив на основі типових вугілля і деревини. 5. Оцінка впливу масової частки деревини на енергетичну ефективність змішаних видів палива. 6. Повірочний розрахунок типового котельного агрегату при переведенні його на змішані види палива на основі вугілля і деревини.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7184
Appears in Collections:	144 Теплоенергетика (Теплоенергетика)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
робота Батир.pdf Restricted Access		2.54 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра енерготехнологій

„ЗАТВЕРДЖУЮ”
Завідувач кафедри Енерготехнологій
_______________ Геннадій КАЛЕЙНІКОВ
“___” ___ 2025 р.

МАГІСТЕРСЬКА КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА
на тему:
«МОДЕРНІЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЇ СПАЛЮВАННЯ
ПИЛОПОДІБНОГО ВУГІЛЛЯ НА ТЕС ІЗ
ЗАСТОСУВАННЯМ ДРІБНОДИСПЕРСНИХ
ДЕРЕВНИХ ДОМІШОК»

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
код роботи МКР 25.144.84 ПЗ
Спеціальність 144 - Теплоенергетика

Виконавець роботи:
_________________________ Батир Артур Олегович ______________________
(підпис, дата)
Науковий керівник:
_________________Беспалько С.А., к.т.н., доц.__________________________
(підпис, дата)
Рецензент:
____________________________________________________________________
(підпис, дата)

Черкаси, 2025 р.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра енерготехнологій

„ЗАТВЕРДЖУЮ”
Завідувач кафедри Енерготехнологій
________________ Геннадій КАЛЕЙНІКОВ
“____” _____ 2025 р.

ЗАВДАННЯ
до магістерської кваліфікаційної роботи____ Батир Артур Олегович _______________
(прізвище, ім’я та по-батькові студента)
1. Тема «Модернізація технології спалювання пилоподібного вугілля на ТЕС із застосуванням
дрібнодисперсних деревних домішок»

затверджена наказом ректора університету від “15”вересня 2025 р., № 261/03-03

2. Термін здачі студентом завершеної роботи __12.12.2025____________________________
3. Вихідні дані: Технологія спалювання пилоподібного вугілля
4. Перелік питань, які повинні бути розроблені в роботі: 1.Виявлення основних факторів, які
мають значний вплив на характеристики одержуваних сумішевих видів палива. 2.Розробка
методів проведення експериментальних досліджень для визначення теплотехнічних,
енергетичних та екологічних характеристик різних змішаних видів палива на основі вугілля
та деревини, 3.Експериментальне визначення основних, значущих теплотехнічних,
енергетичних та екологічних характеристик змішаних видів палива на основі типових вугілля
та деревини, 4.Експериментальне визначення складу газів, що виділяються при термічному
розкладанні змішаних палив на основі типових вугілля і деревини, 5. Оцінка впливу масової
частки деревини на енергетичну ефективність змішаних видів палива.
5. Перелік графічного матеріалу: тема роботи, характеристика енергетичних установок,
результати експериментальних досліджень, змішане паливо з вугіллям, залежність швидкості
термічного розкладання змішаних палив, концентрації основних антропогенних газів,
загальний вигляд котла, параметри теплоносія на вході і виході, приріст ентальпій нагрітого
теплоносія, висновки.
6. Консультанти з роботи з зазначенням розділів роботи, які їх стосуються
Підпис, дата
Розділ Консультант завдання видав завдання прийняв
Розділи 1-3 Беспалько С.А..
ОП та безпека в НС Цікановський В.Л.

7. Дата видачі завдання “_____”______. 2025 р.

Керівник _____________________
Завдання прийняв до виконання _________________
РЕФЕРАТ

Кваліфікаційна робота магістра Батира Артура Олегович на тему
«Модернізація технології спалювання пилоподібного вугілля на ТЕС із
застосуванням дрібнодисперсних деревних домішок» містить 100 сторінок
текстового документа, 60 використаних джерел, 35 малюнків.
Керівник – Беспалько С.А. к.т.н., доц.
Метою роботи є обґрунтування результатів експериментальних досліджень
енергетичних та екологічних характеристик, а також оцінка економічної
ефективності змішаних палив на основі вугілля та широко поширених відходів
лісової промисловості, можливості їх ефективного спалювання в котельних
установках теплових електростанцій.
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні завдання:
1. Виявлення основних факторів, які мають значний вплив на характеристики
одержуваних сумішевих видів палива.
2. Розробка методів проведення експериментальних досліджень для
визначення теплотехнічних, енергетичних та екологічних характеристик різних
змішаних видів палива на основі вугілля та деревини.
3. Експериментальне визначення основних, значущих теплотехнічних,
енергетичних та екологічних характеристик змішаних видів палива на основі
типових вугілля та деревини.
4. Експериментальне визначення складу газів, що виділяються при
термічному розкладанні змішаних палив на основі типових вугілля і деревини.
5. Оцінка впливу масової частки деревини на енергетичну ефективність
змішаних видів палива.
6. Повірочний розрахунок типового котельного агрегату при переведенні
його на змішані види палива на основі вугілля і деревини.

ЗМІСТ
ВСТУП....................................................................................................................... 5
РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ СВІТОВОГО ДОСВІДУ СПАЛЮВАННЯ ЗМІШАНИХ
ПАЛИВ У ТОПКАХ КОТЕЛЬНИХ АГРЕГАТІВ ТЕПЛОВИХ
ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ ................................................................................................ 9
1.1. Види змішаного палива на основі вугілля та біомаси. ............................... 10
1.2. Приклади енергетичних об'єктів, що працюють на змішаних видах палива 15
1.3. Проблеми та перспективи використання сумішевих видів палива на основі
вугілля та деревини ................................................................................................. 24
РОЗДІЛ 2. МЕТОДИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ДОСЛІДЖЕННЯ ЗМІШАНІ
ВИДИ ПАЛИВА НА ОСНОВІ ВУГІЛЛЯ ТА ДЕРЕВИНИ ................................ 29
2.1. Спосіб приготування змішаних палив на основі вугілля і деревини……… 31
2.2 Методика визначення технічних характеристик змішаних видів палива на
основі вугілля та цінної деревини.......................................................................... 33
2.3. Методика визначення швидкості термічного розкладання змішаних палив
на основі вугілля і деревної ................................................................................... 37
2.4. Методика визначення компонентного складу газів, що виділяються при
термічне розкладання змішаних палив .................................................................38
РОЗДІЛ 3. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕПЛОТЕХНІКА,
ЕНЕРГЕТИКА ТА НАВКОЛИШНЄ СЕРЕДОВИЩЕ ХАРАКТЕРИСТИКА
СУМІШЕВИХ ВИДІВ ПАЛИВА НА ОСНОВІ ВУГІЛЛЯ І ДЕРЕВИНИ……… 40
3.1. Аналіз впливу концентрації деревини в змішаних паливах на вугілля марок
Д, Т, 3Б, 2Б за їх теплові, енергетичні та екологічні характеристики ................. 41
3.2. Аналіз залежності швидкості термічного розкладання змішаних
палива від концентрації деревини ........................................................................... 47
3.3. Оцінка екологічних показників сумішевих палив на основі вугілля та
біомаси....................................................................................................................... 61
3.4. Оцінка можливості використання змішаних видів палива на основі вугілля
і деревини в роботі котла БКЗ-220-100-4, встановленого на ГРЕС-2 78
Висновки по третьому розділу ............................................................................... 66
РОЗДІЛ 4. ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ
СИТУАЦІЯХ………………………………………………………………………..75
4.1. Розвантажування твердого палива……………………………………….……76
4.2. Обслуговування складів твердого палива…………………………………….81
4.3. Обслуговування паливоподавання ……………………………………..…….85
4.4. Вимоги безпечного обслуговування котельних установок…………..……..88
ВИСНОВКИ.............................................................................................................. 93
ЛІТЕРАТУРА............................................................................................................. 94

МКР 25.144.84 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Батир Літ. Арк. Акрушів
Зміст
Перевір. Беспалько
Реценз. магістерської роботи
Н. Контр. ЧДТУ, МТЕ-45
Затверд. Калейніков
ВСТУП
За прогнозами [1], середньорічне зростання споживання електроенергії в
світі, викликане зростанням населення і розвитком виробничих потужностей, до
2030 року складе 2,4%. В даний час близько 36% світової електроенергії
виробляється на вугільних теплових електростанціях (ТЕС). В першу чергу це
пов'язано з тим, що вугілля є широко поширеним і доступним викопним
енергоресурсом, ціни на який досить стабільні. [2, 3]
Для більшості теплових електростанцій вугілля імпортується, що
призводить до збільшення вартості енергоресурсів для споживачів в 1,5 – 2 рази
(в залежності від регіону) [2]. Але при спалюванні цього виду палива з
використанням застарілих технологій виробництва теплової та електричної
енергії відбувається інтенсивний викид забруднюючих речовин (СО2, SOx, NOx,
зола-винесення та інші антропогенні продукти горіння) [2 – 6].
Основні сучасні методи зниження шкідливих викидів, що утворюються при
експлуатації вугільних теплових електростанцій, були розроблені досить давно
[6]. Більшість з них є дорогими [6], що призводить до значного зростання витрат
на виробництво теплової та електричної енергії. Але в той же час в ряді випадків
(навіть при дуже високих витратах на очищення димових газів) обсяг викидів
забруднюючих повітря залишається значним в порівнянні, наприклад, з
європейськими тепловими електростанціями [6]. Одним з варіантів вирішення
екологічної проблеми вугільної енергетики може стати створення змішаних видів
палива на основі вугілля і деревини [6].
Відомо [4], що позитивний ефект від додавання до вугілля дрібнодисперсної
деревини при утворенні змішаного палива для виробництва теплової та
електричної енергії досягається за рахунок того, що біомаса є вуглецево-
нейтральною. У той же час деревина та її відходи є найбільш поширеним
біоресурсом [4]. Широке застосування змішаних видів палив на основі вугілля і
деревини дозволяє значно скоротити споживання імпортного вугілля на багатьох
теплових електростанціях за рахунок використання місцевих енергоресурсів [4 –
8].
За оцінками [4 – 9] встановлено, що обсяг запасів деревини перевищує 20
млрд куб. м, а відходи її переробки становлять понад 30 млн кубометрів на рік
[5]. При цьому тверде і рідке паливо для місцевих ТЕС поставляється в райони з
великим потенціалом для виробництва деревної біомаси. Інтерес до
енергетичного використання біомаси викликаний, в тому числі, посиленням
екологічних вимог і стандартів [6], а також зростанням цін на первинні
енергетичні ресурси [4].
В Україні та багатьох інших країнах проводяться дослідження щодо
використання різних видів змішаних видів палива в енергетиці: вугілля-вода
[10,11], органо-вугілля [12,13], на основі деревини та відходів агропромислового
комплексу [14,15] тощо.
Однак застосування змішаних палив на теплових електростанціях істотно
обмежується відсутністю загальної теорії формування їх компонентного складу.
Крім того, недостатньо вивчені технічні, енергетичні, екологічні характеристики,
ступінь реакційної здатності одержуваного змішаного палива з додаванням
вуглецево-нейтрального компонента - біомаси.
Виходячи з аналізу літератури по сформульованій проблемі [1 - 15], можна
обґрунтовано зробити висновок, що дослідження в даному напрямку є
актуальними, а аналіз можливості створення змішаних палив на основі вугілля і
відходів деревини з енергетичними характеристиками, близькими до однорідних
вугілля, і, швидше за все, кращими екологічними параметрами, представляє
досить високий інтерес.
Метою роботи є обґрунтування результатів експериментальних досліджень
енергетичних та екологічних характеристик, а також оцінка економічної
ефективності змішаних палив на основі вугілля та широко поширених відходів
лісової промисловості, можливості їх ефективного спалювання в котельних
установках теплових електростанцій.
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні завдання:
7. Виявлення основних факторів, які мають значний вплив на характеристики
одержуваних сумішевих видів палива.
8. Розробка методів проведення експериментальних досліджень для
визначення теплотехнічних, енергетичних та екологічних характеристик різних
змішаних видів палива на основі вугілля та деревини.
9. Експериментальне визначення основних, значущих теплотехнічних,
енергетичних та екологічних характеристик змішаних видів палива на основі
типових вугілля та деревини.
10. Експериментальне визначення складу газів, що виділяються при
термічному розкладанні змішаних палив на основі типових вугілля і деревини.
11. Оцінка впливу масової частки деревини на енергетичну ефективність
змішаних видів палива.
12. Повірочний розрахунок типового котельного агрегату при переведенні
його на змішані види палива на основі вугілля і деревини.
13. Розробка методики оцінки ефективності використання змішаних видів
палива на теплових електростанціях на основі енергетичних, екологічних та
економічних критеріїв.
14. Обґрунтування діапазону зміни концентрацій останніх на основі
результатів аналізу та узагальнення результатів експериментальних досліджень
групи типових змішаних видів палива на основі вугілля та деревини, при яких
можливе спалювання таких палив у топках енергетичних котлів з досягненням
позитивного впливу на ряд показників якості роботи котельних установок
теплових електростанцій.
15. Розробка рекомендацій щодо практичного використання змішаних палив
на основі типових вугілля різних марок та відходів лісопромислового
виробництва (деревообробної промисловості).
Методи дослідження. Робота виконується з використанням аналітичних та
експериментальних методів дослідження.
Наукова новизна роботи. Вперше були проведені експериментальні
дослідження процесів термічного розкладання групи змішаних палив з типових
вугілля і відходів лісової промисловості (деревообробної) різної характеристики.
Виявлено співвідношення компонентів від 10 % / 90 % до 50 % / 50 %, в яких
енергетичні характеристики змішаних палив дещо поступаються (від 1,6 до 9 %)
вихідним вугіллям, але вихід шкідливих викидів близький до вуглецево-
нейтрального палива. склад змішаних палив на основі вугілля і деревини.
Розроблено методику оцінки ефективності використання змішаних палив на
основі вугілля та деревних відходів за трьома критеріями: економічність,
енергоефективність, екологічність, що дає змогу оцінити перспективи їх
використання в якості палива для теплових електростанцій.
Практична значущість роботи. База даних технічних характеристик
змішаних палив на основі типових вугілля марок Д, Т, 3В, 2В з додаванням
деревини (деревних відходів) з співвідношенням концентрацій основних
компонентів становить 10 % / 90 %, 25 % / 75 %, 50 % / 50 %. Отримані результати
є основою для оцінки зниження витрат на імпортовану дорогу сировину за
рахунок використання місцевої вуглецево-нейтральної сировини з додаванням її
до вугілля. Рекомендовані змішані види палива підходять для спалювання в
топкових камерах ТЕС без виконання масштабного комплексу заходів з
реконструкції котельних установок з використанням технологій циркуляційного
киплячого шару.
Отримані експериментальні результати та сформульовані рекомендації є
основою для розробки нових технічних рішень щодо формування паливно-
енергетичних балансів теплових електростанцій на ділянках з великими
запасами деревини, де вугілля є імпортним та дорогим паливом. Синергетичний
ефект заміщення вугілля змішаними видами палива, встановлений за
результатами експериментів, може сприяти розвитку енергетичних комплексів у
багатьох регіонах з лісовими масивами, в тому числі за рахунок зниження витрат
на закупівлю вугілля для ТЕС і доставку його до місця використання. Результати,
отримані в ході роботи, є основою для науково-дослідних і дослідно-
конструкторських робіт з розробки технологій спалювання змішаних палив на
основі вугілля і деревини в топках парових котлів теплових електростанцій.

РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ СВІТОВОГО ДОСВІДУ СПАЛЮВАННЯ ЗМІШАНИХ
ПАЛИВ У ТОПКАХ КОТЕЛЬНИХ УСТАНОВОК ТЕПЛОВИХ
ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ
МКР 25.144.84 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Батир Літ. Арк. Акрушів
Розділ 1
Перевір. Беспалько
Реценз.
Н. Контр. ЧДТУ, МТЕ-45
Затверд. Калейніков
РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ СВІТОВОГО ДОСВІДУ СПАЛЮВАННЯ
ЗМІШАНИХ ПАЛИВ У ТОПКАХ КОТЕЛЬНИХ УСТАНОВОК
ТЕПЛОВИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ
1.1. Види змішаних видів палива на основі вугілля та біомаси.
В останні десятиліття ведуться активні дослідження нових, більш
екологічно чистих в порівнянні з традиційними видами палива [1–3]. Такими
енергоносіями в основному є змішані види палива на основі вугілля і біомаси.
Одним з перспективних видів палива є суміш вугілля і дрібнодисперсної
деревини [4 – 6].
Дрібнодисперсна деревина - це вид біопалива, що утворюється з
високомолекулярних сполук, основними компонентами яких є целюлоза, лігнін,
геміцелюлоза. У процесі роботи деревообробних заводів утворюється багато
відходів у вигляді дрібнодисперсної деревини [6].
В Україні [6 – 14] і багатьох інших країнах ведуться дослідження по
змішаних видах палива (вугілля-вода [6,7], органічне вугілля [5,9], на основі
деревних відходів [10,11] та ін.), Певні успіхи досягнуті в останні роки в таких
країнах, як Фінляндія, Швеція, Китай, Індія, США, Канада.
Група дослідників з Ноттінгемського університету Нінбо (Китай) провела
[14] дослідження взаємодії низькосортного вугілля і біомаси (вівсяна солома,
рисове лушпиння) в різних співвідношеннях концентрацій. Досліджено
каталітичні ефекти утворення золи при термічному розкладанні таких змішаних
палив. Авторами [14] встановлено, що склад суміші вугілля і солом'яного палива
вівса дає більш високий синергетичний ефект, ніж суміш вугілля і рисового
лушпиння. Позитивний ефект був отриманий при співвідношенні масових
концентрацій біомаси і вугілля 30% / 70%. Коефіцієнт ефективного
співвідношення змішаного палива на основі вугілля і вівсяної соломи також
становить 0,16, суміші вугілля і рисового лушпиння - 0,09. Співвідношення
вугілля до біомаси в роботі [14] було визначено з метою вибору їх оптимального
співвідношення для спільного спалювання на вугільних електростанціях.
Експериментальні дослідження [14] дозволили визначити умови підвищення
ефективності використання вугілля низької якості за рахунок синергетичного
ефекту при їх переробці разом з біомасою. Цей коефіцієнт [14] отримав назву
«синергетичний фактор», показав хорошу кореляцію з характеристиками,
представленими в інших роботах і дозволяє оцінити значимість каталітичного
ефекту при згорянні змішаних палив [14].
У [15 – 19] були проведені дослідження впливу присадок осаду стічних вод
і цукрової тростини на процеси зашлакування при спалюванні палива на основі
вугілля. Встановлено, що ці компоненти збільшують швидкість відкладення
золи. Додавання в паливо деревини, проса, соломи знижує швидкість
седиментації, що підтверджує позитивний синергетичний ефект. Однак отримані
результати [15 – 19] на сьогоднішній день не можуть бути використані для
аналізу закономірностей процесів термічного розкладання і спалювання
змішаних палив при різних співвідношеннях деревини і вугільних компонентів,
що обумовлено недостатньо широким описом характерних залежностей впливу
багатьох факторів на фізико-хімічні процеси при спалюванні таких палив.
Процеси шаруватого спалювання змішаних видів палив на основі вугілля і
біомаси (просо, тріска і т.д.) в різних концентраційних співвідношеннях були
вивчені авторами в [20 – 25]. За допомогою термогравіметричного аналізу
визначено кінетичні характеристики, інтенсивність процесів виділення тепла, а
також проведено аналіз можливості використання таких змішаних видів палива
на електростанціях, що спалюють паливо в шарі [20 – 25].
Термогравіметричний аналіз (ТГА) є одним з найбільш поширених методів
вивчення сумішевих палив в даний час [26 – 36]. Це дає можливість швидко
визначити кінетичні характеристики процесу термічного розкладання твердого
палива [37 – 38]. Методом ТГА в роботах [39 - 42] визначалися характеристики
вугілля і змішаних палив на їх основі з додаванням мулових відходів паперового
виробництва [43], рисового лушпиння [44 - 48], лушпиння лісових горіхів [49 -
50], тирси [51 - 52]. У роботах визначено кінетичні характеристики процесів
термічного розкладання змішаних палив з використанням моделі Арреніуса [55
– 56].
У [39] пропонується використовувати суміш відходів від виробництва
паперу (шламу) з вугіллям в якості альтернативного палива для вугільних
електростанцій. В ході експериментальних досліджень авторами [39] були
зафіксовані зміни стану змішаних палив при піролізі і згорянні, на основі яких
були розроблені кінетичні моделі, що дозволили оцінити сумісність кожного
компонента в суміші. Встановлено вплив неорганічних компонентів палив та їх
сумішей на характеристики теплового перетворення, реакційної здатності,
шлакоутворення та емісії екологічно забруднюючих газів (CO2, NOx, SO2) [39].
Авторами [44] встановлена лінійна залежність між відношенням масової
частки рисового лушпиння до маси вугілля при співвідношенні компонентів 0%,
50% і 100%. Визначено можливість використання суміші вугілля і рисового
лушпиння в доменних печах [44]. Ефект досягається за рахунок збільшення
виходу летких речовин одержуваного змішаного палива [44].
У роботі [45] представлені результати досліджень змішаних видів палива
на основі турецького вугілля Soma Denis з додаванням рисового лушпиння і
відходів переробки оливок. Аналіз проводили за допомогою
термогравіметричного аналізатора в кисневому середовищі з температурою
нагріву від 20 °С до 900 °С. Визначалися показники реактивності, швидкість
вигоряння, максимальна швидкість згоряння та температура. Авторами [45]
показано, що залежність ступеня реакційної здатності змішаних палив (а також
ступеня їх вигоряння в кисневому середовищі) не є лінійною, і не завжди може
бути визначена заздалегідь.
Результати досліджень [47-48] дозволяють оцінити вплив рисового
лушпиння, запаси якої досить великі в країнах Азіатсько-Тихоокеанського
регіону, на характеристики змішаного палива на основі вугілля. Встановлено, що
температури настання термічного розкладання і енергія активації таких
змішаних видів палива знижені в порівнянні з однорідним вугіллям. Крім того, в
цих роботах було виявлено зниження виходу забруднюючих газів (CO2, NOx,
SO2) в діапазоні від 10% до 30%. Отримані результати свідчать, що збільшення
частки вологи в паливі не призводить до збільшення концентрації забруднюючих
речовин [47 – 48], а розмір частинок біомаси не впливає на цю концентрацію в
продуктах їх термічного розкладання в експериментальних умовах, ідентичних
за температурою.
Експериментальні дані, отримані в результаті вивчення змішаних палив з
вугілля шахти Ельбістан і шкаралупи турецького фундука, представлені в [49 –
50]. Авторами [49 – 50] проведено термогравіметричний аналіз таких змішаних
видів палива при температурі нагріву до 900 °С і швидкостях його росту 20 °С/хв
і 40 °С/хв. Розмір зразків становив менше 0,250 мм, співвідношення шкаралупи
до вугілля – 2 – 20 %. Проведено порівняння максимальних швидкостей
термічного розкладання змішаних палив [49 – 50]. Встановлено, що збільшення
масової частки шкаралупи фундука до 8% забезпечує збільшення ступеня
вигоряння в порівнянні з результатами теоретичних досліджень. Збільшення
концентрації цієї біомаси до 10% призводить до зниження індексу термічного
розкладання. Авторами [49 – 50] показано, що енергія активації процесу піролізу
зростає зі збільшенням концентрації шкаралупи лісового горіха до 20 масових
відсотків в змішаних паливах.
Дослідження [51] були проведені з метою визначення синергетичного
ефекту при спалюванні змішаних видів палива на основі двох різних вугілля з
додаванням соснових тирси. Термогравіметричний аналіз проводили при
швидкостях нагріву 10, 30, 50 °С/хв і максимальній температурі нагріву 1200 °С.
Авторами [51] встановлено, що фактичне збільшення виходу летких речовин
перевищує розрахункове при температурі нагріву понад 400 °С.
У роботі [52] представлені результати досліджень піролізних процесів,
оцінено енергетичні характеристики вугілля, біомаси (сосни) і змішаних палив
на основі цих компонентів. За даними [52], в ході досліджень не було зафіксовано
відхилень від очікуваних авторами статті характеристик згоряння змішаних
палив. Встановлено [52], що спалювання біомаси здійснюється у два етапи:
перший етап (піроліз) у діапазоні температур від 200 °С до 360 °С (відповідає
виділенню летких речовин), другий етап від 360 °С до 490 °С (відповідає
спалюванню деревини). Вугілля спалюється в один етап в діапазоні температур
від 315 °C до 615 °C. Суміші вугілля і деревини спалюються в три етапи, які
відповідають (певною мірою) сумі окремих стадій згоряння біомаси і вугілля.
Механізми горіння прийняті в рамках моделі Коутса-Редферна [52]. Кінетичні
параметри процесу визначаються з урахуванням індивідуальних реакцій для
кожної стадії термічного розкладання. Авторами [52] встановлено, що хімічна
реакція першого порядку є найбільш ефективною моделлю першого етапу
окислення біомаси і спалювання вугілля. У той же час дифузійні механізми
характерні для другого етапу спалювання біомаси.
Авторами [53] були проведені дослідження процесів спільного спалювання
вугільних і деревних частинок за допомогою високошвидкісної фотореєстрації.
Який виконується зі швидкістю 7000 кадрів в секунду. Одна частинка палива
переносилася в потоці гарячого газу з температурою 1067 °C. Швидкість
швидкого нагріву становила 104 - 105 °C / сек. Для оцінки впливу розмірів
частинок палива на процеси, що відбуваються при їх згорянні, автори розділили
досліджувані зразки на три групи з характерними розмірами 215-255 мкм, 255-
300 мкм, 300-350 мкм. Співвідношення вугілля/деревне паливо становило
20%/80% та 50%/50%. Процеси згоряння змішаних палив вивчали на
лабораторній поперечній інжекторній установці. [53] описує процеси
спалювання частинок щодо часу зміщення в потоці. Було показано [53], що при
швидкому нагріванні дрібні частинки вуглецю запалюються раніше, ніж
частинки деревини. При спільному згорянні вугілля і деревних частинок
радіаційний теплообмін по відношенню до чистої деревини зменшується. При
співвідношенні частинок за розміром 50% / 50% тепло виділяється до 21%, а при
співвідношенні частинок 20% / 80% відповідно до 32%. Зафіксовано швидке
однорідне займання та рівномірний процес згоряння палива. Результати,
отримані авторами [53], підтверджують можливість роботи котельних установок
на змішаних паливах, вивчених в [53].
Результати вивчення процесів спільного згоряння вугілля (антрациту) з
деревною тирсою представлені в [54]. Авторами [54] були проведені
дослідження з використанням термогравіметричного аналізу змішаних видів
палива в наступних співвідношеннях деревина/вугілля: 30 % / 70 %, 50 % / 50 %,
80 % / 20 %.
Встановлено [54], що температура займання таких видів палива нижче, ніж
у антрациту, а максимальна температура згоряння вище. Також було показано
[54], що термічне розкладання змішаних палив на основі антрациту здійснюється
в два етапи.
Аналіз основних результатів світових досліджень з метою обґрунтування
можливості використання змішаних палив на основі вугілля та біомаси як
енергетичної сировини [30 – 56] показав, що існують великі проблеми з
використанням таких видів палива для спалювання в котлах вугільних теплових
електростанцій. Це пов'язано в першу чергу з відсутністю методики формування
якісного і кількісного складу змішаних палив. Температури початку займання
змішаних видів палива з вугілля і деревини, процеси їх згоряння і ступінь
вигоряння до кінця не визначені. Результати аналізу підтверджують актуальність
дослідження змішаних видів палива з вугілля з додаванням відходів виробництва
комплексів лісової промисловості в різних концентраційних співвідношеннях з
метою визначення можливості їх використання в якості палива на теплових
електростанціях.

1.2. Приклади енергетичних об'єктів, що працюють на змішаних видах
палива
Для спільного спалювання з вугіллям можуть використовуватися різні
вироби з дерева. До них відносяться, наприклад, тирса, стружка, тріска, кора
дерев, пелети [57]. Котельні агрегати, що спалюють паливо в киплячому шарі,
здатні працювати на різних видах твердого палива і не вимагають масштабної
реконструкції як самих агрегатів, так і систем паливозабезпечення [57]. Однак
такий підхід не може бути застосований до пиловугільних котлів, так як вони
оснащуються більш складними системами подачі палива і підготовки палива
[57]. Крім того, переведення таких котельних установок на спалювання
змішаного палива часто неможливо без реконструкції пальникових пристроїв.
Можливість використання змішаних видів палива на теплових електростанціях з
котлами, що працюють на пиловугільному паливі, без проведення масштабної
реконструкції, підтверджує актуальність обраного напрямку роботи. Автори [57
– 59] вважають, що використання змішаних видів палива на основі вугілля і
біомаси в шаруватих котлах дозволяє збільшити ККД електростанцій до 15% від
загальної виробленої енергії [57]. Переваги змішаного палива полягають у тому,
що завод має можливість знизити витрати на виробництво електроенергії,
зменшити викиди CO2 (основна причина глобального потепління), SOx, NOx та
твердих частинок золи.
Згідно з опублікованими даними [57 – 59] з проблеми використання
змішаних видів палива, дослідження в основному проводилися в 90-х роках ХХ
століття. Причому основна їх частина була спрямована на аналіз можливості
спільного спалювання таких видів палива та оцінку економічної ефективності
переведення енергетичного обладнання на альтернативні види палива з
традиційних видів вугілля з додаванням біомаси [57 – 59].
У Данії в 1994 році на вугільному енергоблоці електростанції Amager 3
потужністю 250 МВт були проведені експериментальні дослідження по
спалюванню змішаних видів палива з вугілля і соломи [58]. Метою роботи було
досягнення стабільності при згорянні такого палива. В ході експерименту солому
змішували з вугіллям в пропорції 10% / 90%, з подальшим збільшенням її частки
до 20%. Теплова потужність електростанції становила 330 МДж, температура
пари – 545 °С при тиску 25 МПа. Котел енергоблоку оснащений 16
односторонніми пальниками в шаховому порядку. В ході випробувань були
виявлені серйозні проблеми для підтримки стабільного горіння. При цьому
спостерігалося поступове зниження викидів SOx, NOx зі збільшенням
концентрації соломи до 20%. Спільне спалювання соломи та вугілля на одному
енергоблоці, в цілому, не мало суттєвого впливу на характеристики станції.
Автори [58 – 59] прийшли до висновку, що при правильній підготовці соломи
спільне спалювання з вугіллям на електростанції можливе без серйозних заходів
з реконструкції.
Відомим світовим постачальником обладнання для електростанцій є
компанія Ansaldo Caldaie [60]. У 1998 році ця компанія однією з перших провела
випробування по комбінованому спалюванню пиловугільного палива і відходів
виробництва оливкової олії, м'ясо-кісткового борошна, деревних гранул, кори
пальмового дерева. Випробування проводились при безпосередньому
спалюванні пиловугільних сумішей у реконструйованих котлах загальною
потужністю 320 МВт.
На базі науково-дослідного центру зі спалювання різних видів палива
компанією Ансальдо Кальдей був розроблений пальник, що забезпечує
спалювання біомаси в пилоподібному стані на енергоблоці потужністю до 35
МВт [20]. Випробування такого масштабу на сьогодні є єдиними в Європі.
Система золовидалення на стенді [20] – з сухим відведенням шлаку. Габаритні
розміри дослідної печі: довжина 12 м, ширина 4,5 м, висота 6 м (без урахування
бункера висотою 2,5 м). На рисунку 1.2.1 показаний зовнішній вигляд силового
агрегату і камери згоряння [20].

a) б)

в)
Рисунок 1.2.1. Науково-дослідний центр Ansaldo Caldae: а) зовнішній вигляд
силового агрегату; б) камера згоряння; в) спалювання вугілля і змішаного
палива в потоці [60]

Конструкція камери згоряння [20] дає можливість повністю контролювати
процеси згоряння палив, проводити візуальні спостереження та інструментальні
вимірювання. Установка [20] не має відношення до виробництва і
використовується тільки для випробування різних видів палива в різних газових
атмосферах з контрольованим об'ємом. Подача палива на стенді двопотокова
(вугілля і біомаса подаються окремими каналами), а витрата палива
контролюється температурою і швидкістю подачі. Проведені випробування
показали високу стабільність горіння факельних ракет, зменшення обсягу
шкідливих викидів, дозволили визначити широкий діапазон режимів роботи
пальникового пристрою [20].
Відомо, що майже 230 електростанціями провели випробування зі
спільного спалювання змішаного палива з вугілля та біомаси [31 – 34]. Тільки 15
з них під час випробувань спалювали пилоподібне паливо [32]. При спалюванні
змішаного палива в киплячому шарі коефіцієнт доданої біомаси в більшості
котлів становив 10 – 15%. На ТЕС потужністю від 15 кВт до 150 МВт
застосування змішаних видів палива показало позитивну тенденцію до зниження
негативного впливу на навколишнє середовище і підвищення надійності роботи
електростанцій [32-34].
Хорошим прикладом спалювання біомаси та вугілля у киплячому шарі є
теплова електростанція Alholmens Kraft у Пітерсарії, яка забезпечує теплом та
електроенергією понад 20 000 жителів західного узбережжя Фінляндії. Ця
станція розташована поруч з целюлозно-паперовим комбінатом і працює на
відходах від виробництва кори дерев. Річна витрата палива електростанції
становить не менше 200 000 м3. Загальна потужність електростанцій становить
550 МВт, паропродуктивність – 698,4 т/год, а температура пари – 545 ºC [33].
В Іспанії (1920 р.) були проведені випробування на джерелах енергії з
гранулами альперуджіо [34]. Таке паливо виготовляється з бурого вугілля (або
антрациту) та відходів olive oil proпродукцію. Випробування проводилися
шляхом спалювання в киплячому шарі. Встановлено, що використання палива,
до складу якого входили відходи виробництва оливкової олії в концентрації в
суміші від 10% до 25%, дозволило досягти зменшення відкладень на трубах
екранів котлів, а також зниження зольності. При збільшенні концентрації біомаси
від 25 до 50 % виявлено відсутність рівномірних процесів спалювання палива [34
– 35].
У Фінляндії успішно експлуатуються три газифікатори киплячого шару:
один в Лахті, другий у Варкаусі і третій в Руані (Бельгія). В експлуатованих
пристроях 15% вугілля було замінено соломою, що дозволило скоротити викиди
CO2, NOx, SO2 до 6%. На рисунку 1.2.2 показаний газифікатор, що працює на
суміші вугілля і солом'яного палива [36].

Рисунок 1.2.2. Газифікатор киплячого шару в Лахті (станція 350 МВт) [36].

У Туреччині активно досліджують процес газифікації та спалювання
змішаних видів палива на основі вугілля та біомаси. Цей напрям є пріоритетним
до 2023 року в роботі наукових установ Туреччини. У період з 2007 по 2012 роки
були проведені одні з перших досліджень, в ході яких було проведено роздільне
і комбіноване спалювання вугілля і біомаси в киплячому циркуляційному шарі
[37]. До консорціуму проекту увійшли Близькосхідний технічний університет
(Meta), Gama Electrical Systems Engineering, Науково-дослідний центр Tubitak та
Енергетичний інститут у Мармі [37]. Станція потужністю 700 кВт розташована
в науково-дослідному центрі Tubitak. Консорціум проводить дослідження за
такими напрямками [48 – 50]: спільна газифікація вугілля та біомаси у киплячому
шарі з доменом; спалювання вугілля та біомаси у зрідженому шарі; спалювання
змішаного палива в котельному агрегаті на ТЕЦ. У 2015 році Управління програм
фінансування Tubitak (TEYDEB) оголосило пріоритетом спалювання змішаного
палива на основі вугілля та біомаси на теплових електростанціях (номер
програми 1511ENE-KOMR-2015-2) [39]. На початку 2016 року було оголошено
про нову програму фінансування проекту під номером 1003-ENE-KOMR-2016-1,
спрямовану на підтримку досліджень технологій спільного спалювання
змішаних видів палива з вугілля та біомаси у киплячому шарі або в киплячому
шарі з ударом [40].
Спалювання змішаних видів палива на основі вугілля та біомаси на
традиційних вугільних електростанціях з мінімальними інвестиціями стає все
більш актуальним напрямком розвитку «екологічної» енергетики, оскільки зі
збільшенням частки біомаси у вугіллі зменшуються викиди забруднюючих
речовин в атмосферу [41]. За оцінками [41 – 50], обсяг необхідних інвестицій у
реконструкцію вугільних агрегатів для спалювання змішаного палива
коливається від 50 до 300 доларів за кВт. На думку авторів [41 – 50], ці витрати
значно нижчі, ніж фінансові вкладення, необхідні для повного переведення
електростанцій на непроектне паливо. Досвід спалювання змішаних видів
палива в Данії та Нідерландах показав зниження споживання вугілля на 3,5 млн
тонн вугілля на рік. Результати багаторічної роботи великої групи дослідників
підтверджують актуальність часткового заміщення вугілля біомасою [41 – 50].
У таблицях 1.2.1 – 1.2.5 показані характеристики більш успішних ТЕС і
енергоблоків, де були проведені дослідження по спільному спалюванню вугілля
і біомаси [41].
Таблиця 1.2.1. Характеристика енергетичних установок на комбінованих
паливах змішаного палива в пилоподібному стані [41]
Найменування Потужність, Джерельне Змішування
Країна Мі́сце Біомаса, %
джерела енергії МВт паливо компонентів
Австрія Святий Андреа Святий Андреа 124 3 Вугільний пил Чіпи
Данія Орхус Studstrupvarket 1 150 20 Вугільний пил Солома
Данія Орхус Studstrupvarket 4 350 20 Вугільний пил Солома
Німеччина Любенау - 100 7 Вугільний пил Дерево, солома
Нідерланди Шлам, стічні
Амстердам Hemwegcentralal 8 600 4 Вугільний пил
води
Лушпиння, папір,
Нідерланди Борсель Борсель 12 403 - Вугільний пил
волокна
Відходи паперового
Нідерланди Gytrüdenburg Американський 8 600 8 Вугільний пил
виробництва
Maasvlakte,
Maasvlactcentralal,
Нідерланди 2*518 - Вугільний пил Пелети з біомаси
1+2
Роттердамі
Нідерланди Неймеген Гелдерланд 602 - Вугільний пил Деревний пил
Польща Деревна тирса,
Скавіна Скавіна 590 10 Вугільний пил
кавове лушпиння
Польща Рибник Рибник 1800 10 Вугільний пил Чіпи
Польща Полянец Полянец 1800 10 Вугільний пил Чіпи

Таблиця 1.2.2. Характеристика енергетичних установок для спільного
використання змішаних палив в циркулюючому киплячому шарі [41]

Найменування Електромонтаж Теплова Паливо для
Біомаса, Джерельне
Країна Міс́ це джерела міць потужність
спільного
% паливо
енергії Мвт Мвт згоряння
Буре вугілля,
Австрія Ебенсі - - 38 - Вугілля газ, нафта,
деревина
Торф,
Фінляндія Коко-кола - - 98 - Вугілля
деревина
Фінляндія Торф, деревні
Кухмо - - 18 - Вугілля
відходи
Торф, кора,
Фінляндія Ліска - 8 22 - Вугілля
тирса
Буре вугілля,
Фінляндія газ, нафта,
Міккелі - - 84 - Вугілля
деревні
відходи
Торф, деревні
Фінляндія Раухалахті - - - 100 Вугілля
відходи
Фінляндія Раума - - 160 Торф, мул,
- Вугілля
кора
Норвегія Санде - - 26 - Вугілля Ліс
Вугільні
Електростанція
відходи,
Іспанія La Pereda - 50 - Вугілля
Гуноса деревні
відходи
Stora Enso Деревина,
Швеція Сила 9,6 55 90 Вугілля
Force Meal кора
Швеція Норрчепінг - - 125 - Вугілля Ліс
Швеція Нукопінгу Деревина,
- - 80 - Вугілля
торф
Деревина,
Швеція Естерсунд - - 25 - Вугілля торф, кора,
тирса, олія

Таблиця 1.2.3. Характеристика енергетичних установок для комбінованих
сумішевих видів палива в киплячому шарі [41]
Найменування Теплова Паливо для
Електрична Біомаса, Джерельне
Країна Міс́ це джерела потужність Спільне
потужність, МВт % паливо
енергії Мвт спалювання
Деревні
відходи
Лох'я, паперова
Фінляндія Лохя - 36 - Вугілля Відходи
фабрика
паперового
виробництва
Торф, деревні
Фінляндія Автокумпу Autokumpu Oi - 17,5; 24 - Вугілля
відходи
Торф'яні
деревні
Фінляндія Pieksamaki Pieksamaki - 20 - Вугілля
відходи,
мазут
Кора,
Паперова водостоки,
Фінляндія Раума
фабрика Rauma - 60 - Вугілля
деревна
стружка
Торф'яні
Seinäjoki деревні
Фінляндія Seinäjoki - 20 - Вугілля
Energy відходи,
мазут

Таблиця 1.2.4. Характеристика енергетичних установок для спільного
спалювання змішаних видів палива в котлах з колосниковими гратами [41]
Теплова
Найменування Електрична Паливо для
Я
Біомаса, Джерельне
Країна Міс́ це джерела потужність, Спільне
Мощність
% паливо
енергії МВт спалювання
т, МВт
Деревина,
Німеччина Буре
Швандорф - - 280 - солом'яні
Я вугілля
пелети
Відходи
Швеція Лінккопінг ТОВ 1 - - - Вугілля гумового
виробництва
Швеція Лінккопінг ТОВ 2 - - - Вугілля -
Таблиця 1.2.5. Характеристика енергетичних установок для непрямого
спільного спалювання змішаних видів палива [41]
Електричних Теплова Біомаса Паливо для
Найменування Джерельне
Країна Міс́ це міць потужність Спільне
джерела енергії паливо
Мвт Мвт % спалювання
Дрібнодисперсне
Кора, тирса і
Австралія Seltweg Біококомб 137 - 3 вугілля польське
тріска
кам'яне вугілля
Тріски
переробленої
свіжої
Вугілля дрібного деревини,
Бельгія Руен Руен 540 - -
помелу кори,
Твердий і
вологий
Осадовий стік
Гіртруденберг Американський Вугілля дрібного Деревні
Нідерланди 600 - -
(нім. 9 помелу відходи

Таблиця 1.2.6. Характеристика силових установок непрямим способом
(паралельне) спільне спалювання змішаних видів палива [41]
Назва
Теплова Паливо для
енергії
Електрична Біомаса, Джерельне
Країна Міс́ це потужність
джерело потужність, МВт % спільного
паливо
Мвт згоряння
і
Вугілля Солома,
Данія Святий Андреа Маб'єрг 68 - - дрібного тріска
помелу
Вугілля
Польща Trzebinija Siersza 813 - 8 дрібного Солома
помелу
Вугілля
Тріска,
Польща Конина Конина 233 - 10 дрібного
брикети
помелу
Вугілля Деревна
Польща Остролека Остролека 93,5 - 10 дрібного стружка,
помелу кора

Аналіз сучасного стану проблеми за даними [41 – 80] дозволяє виділити
три основні методи спалювання змішаних видів палива з вугілля та біомаси, для
яких були проведені промислові випробування: пряме, непряме, паралельне
співспалювання [41].
Пряме спалювання змішаного палива є найдорожчим методом. Так як
процес горіння здійснюється при пальниках, що працюють паралельно, а подача
палива може здійснюватися окремо по кожному компоненту або з подачею
заздалегідь приготовленого змішаного палива. Згідно з даними [41], додавання
3% біомаси дає можливість експлуатувати існуючу електростанцію без великих
капітальних вкладень у реконструкцію обладнання. Досвід експлуатації таким
чином був отриманий в Австрії (Санкт-Андреа) на електростанції потужністю
124 МВт [41].
Непряме спалювання змішаного палива з вугілля і біомаси [41]
здійснюється при додатковій підготовці палива: встановлюється газифікатор, в
якому при термічному розкладанні змішаного палива утворюється синтез-газ
(згодом спалюється в вугільному котлі). Цей метод дозволяє досягти високого
ступеня термічного розкладання палива і провести максимальне очищення
димових газів [41]. Випробування проводилися на енергоблоці у Фінляндії
(встановлена потужність першого блоку становить 137 МВт з використанням 3%
деревини, другого блоку – 167 МВт і 17% з деревини) [41].
Паралельне спалювання палив [41]. Такий спосіб спалювання змішаного
палива здійснюється паралельно: вугілля та біомаса поставляються окремо.
Процес спалювання здійснювався в киплячому шарі в єдиному комплексі.
Прикладом такого способу спалювання тріски та соломи є Данія на тепловій
електростанції в Енстеді (енергоблок потужністю 660 МВт).
Аналіз вищезазначеного дозволяє зробити висновок, що найбільш
розвиненими є технології спільного спалювання змішаних видів палива з вугілля
та деревини в Данії, Нідерландах, Швеції, Бельгії, Австрії, Норвегії, Польщі,
Іспанії, Німеччині [41]. Аналіз існуючих електростанцій, що спалюють змішані
палива на основі вугілля та біомаси, підтверджує актуальність дослідження та
недостатність знань таких технологій, а також теорії формування компонентного
складу змішаних палив та їх спалювання. Екологічні, енергетичні та технічні
характеристики одержуваних змішаних видів палива недостатньо
експериментально визначені. Результати, представлені в [41], не можуть бути
підставою для аналізу закономірностей процесів термічного розкладання
змішаних палив в умовах зміни співвідношення концентрацій деревини і вугілля
в широкому діапазоні при спалюванні в печах теплових електростанцій.

1.3. Проблеми та перспективи використання змішаних видів палива
на основі вугілля та деревини

Проблема скорочення антропогенних викидів від вугільних електростанцій
на сьогоднішній день залишається невирішеною і заслуговує на особливу увагу,
так як розвиток сучасних високоякісних систем збору золи вимагає великих
капітальних витрат, що негативно позначається на ефективності енергетичного
бізнесу [41 - 50]. Тому пошук альтернативних рішень при відносно невеликих
капітальних вкладеннях в реконструкцію існуючого обладнання теплових
електростанцій залишається актуальним на даний момент і в перспективі [41 -
50]. Одним з варіантів вирішення цієї проблеми може стати спільне спалювання
змішаних видів палива на основі вугілля і деревини. При спалюванні таких видів
палива знижується утворення SO2 (що призводить до утворення кислотних
дощів) та інших шкідливих речовин в порівнянні зі згорянням вугілля. Ступінь
скорочення шкідливих викидів від теплових електростанцій буде залежати від
концентрації основного палива - використовуваного вугілля і деревини [41 - 50].
Роботи [41 – 55] показують, що при виробництві теплової енергії на
теплових електростанціях додавання до 10% біомаси призводить до зниження
енергетичних характеристик електростанцій не більше ніж на 5%.
Також підраховано [41 - 55], що до 2035 року викиди CO2 можуть бути
скорочені до 450 мільйонів тонн на рік. Залежно від якості біомаси та її частки у
вугіллі, чистий ККД теплових електростанцій може коливатися від 36% до 44%.
Однак автори [41 – 55] стверджують, що збільшення частки біомаси більш ніж
на 10% знижує стабільність процесів горіння. Передбачається, що цей факт
обумовлений технічними проблемами при утворенні та постачанні змішаних
видів палива для спільного спалювання на теплових електростанціях.
Згідно з розрахунками [41], заміна 10% вугілля на змішані види палива в
енергетичному секторі по всьому світу призведе до збільшення обсягів
виробництва теплової енергії з використанням біомаси до 150 ГВт [41].
Наприклад, потужність сучасних теплових електростанцій, що спалюють
змішане паливо з вугілля та біомаси, оцінюється в 1 – 10 ГВт [41] (невизначеність
пов'язана з відсутністю фактичних даних про концентрацію біомаси в сумішевих
паливах на основі вугілля, що спалюються на сучасних електростанціях
теплових електростанцій), а загальний обсяг біомаси, перетвореної в теплову
енергію, становить близько 62 ГВт [41 – 55]. Таким чином, існує великий
потенціал для спільного спалювання змішаних видів палива на основі вугілля та
деревини.
Оцінки ресурсів біомаси [41 – 55] варіюють у широких межах. Реалістичні
оцінки повинні враховувати лише сталу біомасу, тобто ресурси, які не
конкурують з виробництвом продуктів харчування та не вносять змін у
землекористування з негативними впливами на навколишнє середовище та
клімат.
Дослідники з Університету Східної Англії оцінюють глобальний
енергетичний потенціал сталої біомаси у понад 100 МДж на рік (в основному на
основі сільськогосподарських відходів, лісового господарства та
лігноцелюлозної сировини). Енергетичне використання біомаси, за попередніми
оцінками [41 – 55], може призвести до зростання вартості секторів лісового
господарства та сільського господарства. Використання біомаси привабливе
невеликим відрізком поставки. При збільшенні транспортної складової переваги
її використання значно знижуються [41 – 55].
Країни, що розвиваються, такі як Маврикій, Гватемала, Гваделупа, Індія і
Домініканська Республіка [45-50] вирощують цукрову тростину у великих
масштабах. У цих державах досліджується можливість спільного спалювання
відходів його виробництва з вугіллям. Такі держави, як Малайзія і
У Таїланді проводяться дослідження по спільному спалюванню рисового
лушпиння з вугіллям [50 – 52].
Авторами [41 – 52] встановлено, що при низькій частці біомаси доцільно
подрібнювати змішане паливо у вугільних млинах з подальшим спільним
спалюванням через вугільні пальники. Це найпростіший і економічно вигідний
спосіб використання змішаного палива з вугілля і деревини. Співвідношення
масових часток основних компонентів (деревини і вугілля) в більшості
досліджень до сих пір вибирається розрахунковим шляхом, що не дозволяє в
достатній мірі оцінити можливість збільшення концентрації деревини більш ніж
на 10% в змішаному паливі. У той же час відомо, що застосування змішаних
видів палива на працюючому обладнанні в ряді випадків призводило до виходу з
ладу систем паливозабезпечення [41 – 52].
Метод роздільного спалювання вимагає установки системи підготовки
палива і додаткових пальникових пристроїв для кожного виду палива. Такий
варіант використання змішаних видів палива вимагає великих капітальних
витрат на організацію додаткової системи подачі палива (дрова) і реконструкцію
топки котла під пальникові пристрої, що спалюють біомасу [50 – 54].
Попередні дослідження [41 – 54] свідчать про те, що суміш біомаси і
вугілля обмежена низькими концентраціями у вугіллі, але постійно
розробляються нові рішення для підвищення ефективності його використання.
У порівнянні зі спалюванням змішаних видів палива в киплячому шарі
ефективність котлів при прямому спільному згорянні нижче. Процеси, як
правило, обмежуються низькими коефіцієнтами співспалювання.
Основні технічні проблеми, пов'язані з технологією спільного
використання біомаси, сформульовані таким чином [41 – 54]:
а) необхідність проведення систематичних експериментальних досліджень
для визначення енергетичних і технічних характеристик палив.
б) у зв'язку з тим, що деревина, як правило, волога і гідрофільна, а також
нерозчинна, потрібна якісна підготовка, зберігання і організація доставки
палива;
в) залежно від якості сировини спалювання змішаних видів палива з
вугілля і деревини може призводити в більшій чи меншій мірі до зниження
теплоутворення таких видів палива.
Синергетичний ефект спалювання змішаних палив з вугілля і деревини
полягає в тому, що їх піроліз починається набагато раніше, ніж однорідного
вугілля. У зв'язку зі збільшенням частки деревини відбувається збільшення
виходу летких речовин і швидкості термічного розкладання таких палив, а також
зменшується вміст сірки і золи. Характеристики палива і золи грають важливу
роль в конструкції котла, так як ерозія і корозія енергетичного обладнання
повинні бути зведені до мінімуму.
Аналіз вищевикладеного дозволяє зробити висновок, що спільне
спалювання змішаних палив на основі вугілля різних марок і деревини вивчено
недостатньо. Діапазон можливих змін концентрації деревини при одночасному
спалюванні не визначений, концентрація деревини в паливі не встановлена, що
забезпечує максимальне зниження негативного впливу теплових електростанцій
на навколишнє середовище.

Висновки з першого розділу
Встановлено, що великий інтерес до вивчення можливості переведення
теплових електростанцій на спалювання змішаного палива з вугілля та біомаси
пов'язаний зі спробою світової спільноти вирішити глобальну проблему
скорочення викидів забруднюючих речовин в атмосферу, а також зменшення
обсягів імпортованих закуповуваних енергоресурсів, їх часткове або повне
заміщення місцевими біологічними ресурсами. Відомо понад 200 варіантів
дрібно- або великомасштабного спалювання різних змішаних видів палива на
основі вугілля і біомаси (рисове лушпиння, вівсяна солома, цукрова тростина,
відходи переробки оливок і т. Д.), Як в рамках експериментів, так і в умовах
тривалої (років) експлуатації котельних агрегатів теплових електростанцій.
Аналіз світового досвіду використання змішаних палив на основі вугілля
та біомаси як енергетичної сировини показує, що відсутня загальна теорія
використання таких видів палива для спалювання на теплових електростанціях.
Встановлено, що не існує методів теоретично або експериментально
обґрунтованого підбору концентрації біомаси в змішаному паливі. На
сьогоднішній день експериментально встановлено, що при частці біомаси в
змішаному паливі до 10% спалювання останнього є стабільним в переважній
більшості варіантів. Діапазон температур займання, згоряння і згоряння типових
змішаних видів палива на основі навіть широко поширених вугілля і деревини не
визначений.
Результати аналізу підтверджують актуальність проведення
експериментальних досліджень основних властивостей змішаних палив з вугілля
з додаванням відходів лісопромислового комплексу (деревина) в різних його
концентраціях з метою визначення можливості використання таких видів палива
на теплових електростанціях.

РОЗДІЛ 2. МЕТОДИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ДОСЛІДЖЕННЯ
ЗМІШАНІ ВИДИ ПАЛИВА НА ОСНОВІ ВУГІЛЛЯ ТА ДЕРЕВИНИ

МКР 25.144.84 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Батир Літ. Арк. Акрушів
Розділ 2
Перевір. Беспалько
Реценз.
Н. Контр. ЧДТУ, МТЕ-45
Затверд. Калейніков
РОЗДІЛ 2. МЕТОДИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ДОСЛІДЖЕННЯ
ЗМІШАНІ ВИДИ ПАЛИВА НА ОСНОВІ ВУГІЛЛЯ ТА ДЕРЕВИНИ

Аналіз літератури по темі показав, що до недавнього часу основні зусилля
дослідників, конструкторів і конструкторів були спрямовані на оцінку
можливості використання змішаних видів палива (наприклад, на основі вугілля і
соломи [41]) в якості основного палива для теплових електростанцій. Однак всі
отримані раніше результати (як експериментальні, так і теоретичні) носять
особливий характер і не можуть, як правило, використовуватися для
обґрунтування можливості використання інших змішаних палив (на основі
вугілля з характерною біомасою з різним співвідношенням масових часток
першого і другого компонентів). При цьому раніше була проаналізована
можливість безпроблемного спалювання вугілля з деяким додаванням біомаси
без серйозної реконструкції котельного обладнання.
Автором розроблено новий підхід до оцінювання можливості
використання змішаних видів палив на основі вугілля та біомаси у спалюванні в
топках парових котлів теплових електростанцій. Суть цього підходу полягає в
оцінці переваг і недоліків змішаного палива в порівнянні з однорідним вугільним
паливом за групою з трьох критеріїв, кожен з яких характеризує один з
найважливіших аспектів функціонування теплових електростанцій (енергетика,
економіка, екологія).
Для обґрунтованого вибору таких критеріїв і розрахунку їх числових
значень необхідно мати характеристики змішаних видів палива, достатні для
порівняння останнього з вугіллям. Тому однією з цілей експериментів,
результати яких наведені нижче, було встановлення основних теплових,
екологічних та енергетичних характеристик групи змішаних видів палива на
основі декількох типових вугілля з різних родовищ.
Дослідження проводилися для чотирьох видів вугілля, які істотно
відрізняються за своїми характеристиками один від одного. Такий набір палив
був обраний для обґрунтованого висновку про можливість використання
результатів експериментів при оцінці перспектив використання змішаних палив
на основі вугілля та деревних відходів у теплоенергетиці. Вибір другої складової
здійснювався з урахуванням того, що переважна більшість відходів лісопиляння
та деревообробки – це тирса або стружка (в деяких випадках тріска деревини
хвойних порід (більшою мірою)) та деревина листяних порід. Тому основні
експерименти проводилися з деревиною, отриманої в результаті розпилювання
сосни.
Для того щоб мінімізувати проблеми, пов'язані зі специфікою
теплопередачі в шарах деревних частинок різної концентрації і дисперсій (тирса,
стружка, тріска), були проведені основні експерименти з паливом, другим
компонентом якого була соснова тирса.
Слід зазначити, що за результатами аналізу літератури з досліджуваної
проблеми (глава 1) встановлена найбільш прийнятна концентрація біомаси в
змішаних паливах на основі вугілля для спалювання в топках котлів теплових
електростанцій - 10%. При такому змісті, наприклад, соломи [41], позитивний
ефект досягається, як правило, без істотних негативних наслідків. Але немає
відомостей про можливість збільшення частки біомаси більш ніж на 10% в таких
змішаних видах палива, хоча встановлено, що при їх спалюванні в киплячому
шарі при використанні різних видів біомаси не виникало ніяких технологічних
проблем. Тому доцільно вивчати зміну характеристик змішаних видів палива на
основі вугілля при збільшенні концентрації деревної складової в реально
можливому діапазоні зміни.
При всьому різноманітті видів деревної біомаси і різних витратах на її
доставку до місця спалювання в багатьох лісових зонах, деревина обійдеться
набагато дешевше будь-якого енергетичного вугілля, що доставляється навіть з
сусідніх регіонів. У зв'язку з цим також доцільно збільшити частку деревної
біомаси в змішаних паливах до максимально можливої у зв'язку з
технологічними обмеженнями. Дослідження проводилися в широкому діапазоні
змін співвідношення масових часток першого і другого компонентів.

2.1. Спосіб приготування змішаних палив на основі вугілля і деревини
Експериментальні дослідження починалися з підготовки палива. Досліди
проводилися в лабораторних умовах при температурі навколишнього повітря 20
°С, тиску 101,4 кПа і вологості 75 %.
При підготовці до дослідів вугільні маси (всі вивчені вугілля широко
використовуються як у великій, так і в малій енергетиці) розтирали в кульовому
барабанному млині до дрібнодисперсного стану. Млин складався з 5-літрового
керамічного барабана, помольних куль з того ж матеріалу і спеціалізованих
валків. Після подрібнення за допомогою сит (ГОСТ Р 51568-99) проводили
просіювання і приготування гир із середнім розміром частинок менше 80 мкм.
Приготування паливної суміші здійснювалося шляхом відбору
пиломатеріалів, тирси з подальшим просіюванням через сито ємністю 200 мкм.
Ваги з частинок, що проходили через решета, формувалися в змішані
палива при різних об'ємних концентраціях деревини в суміші з вугіллям марок
Д, Т, 3В, 2В в компонентному співвідношенні: 10% / 90%; 25 % / 75 %; 50 % / 50
%.
Готову суміш помістили в оцинкований барабан планетарного млина
Pulverisette 6 з кульковими подрібнювальними середовищами діаметром 5 мм у
масовому співвідношенні 1:1. Процес перемішування здійснювався при частоті
обертання 500 об / хв протягом семи хвилин [42].
Слід зазначити, що всі експериментальні дослідження, результати яких
наведені нижче, проводилися не тільки для змішаних видів палива, але і для
кожного компонента окремо.
Завдання з методами дослідження формулюються і вибираються
відповідно на основі аналізу сучасної літератури з досліджуваної проблеми
(розділ 1). Таким чином, для широкого впровадження змішаних видів палив на
основі вугілля і деревини, перш за все, необхідно оцінити теплові ефекти від їх
спалювання. Цілком очевидно, що енергетичний потенціал будь-яких складів з
додаванням деревини буде трохи нижче, ніж вугілля, який є основним
компонентом. Але в такому аналізі важливо оцінити масштаби цього зниження,
адже переваги деревини перед вугіллям (для лісових територій) очевидні, навіть
на перший погляд, з точки зору концентрації шкідливих домішок у продуктах
згоряння, а також з точки зору вартості палива в цілому. Ціна вугілля з будь-якого
родовища коливається від 900 до 4000 грн. за тонну, в той час як відходи
лісопильного заводу практично нічого не коштують. Великі підприємства
можуть навіть безкоштовно вивозити їх споживачеві (тирсу, як мінімум). Тому
для обґрунтованих висновків про можливість практичного використання
змішаних палив необхідно, в свою чергу, встановити в експериментах числові
значення основних теплотехнічних, енергетичних та екологічних характеристик
таких видів палив. Разом з тим, слід ще раз підкреслити, що, згідно з даними [43
– 56], спалювання змішаних палив на основі вугілля і біомаси можливе без будь-
яких серйозних проблем при використанні технології циркулюючого киплячого
шару. Такі технології в даний час використовуються на ряді теплових
електростанцій і планується будівництво ряду нових енергоблоків такого типу на
декількох теплових електростанціях. Крім того, можна відзначити, що на ряді
електростанцій Західної Європи в останні роки використовуються і інші
технології спалювання (розглянуті в першому розділі) змішаного палива на
основі вугілля з додаванням різних видів біомаси.

2.2 Методика визначення технічних характеристик змішаних палив на
основі вугілля і цінної деревини

Визначення структури і фракційного складу змішаних палив
Проводилися досліди з метою визначення елементного складу, форми і
структури змішаних палив. Результати таких досліджень є частиною вихідних
даних, необхідних для верифікаційних розрахунків з метою оцінки можливості
використання змішаних палив для спалювання в котлах теплових
електростанцій. Аналіз проводили методом енергодисперсійної рентгенівської
спектроскопії (EDX) з використанням скануючого електронного мікроскопа JSM
6000C (SEM) (JEOL, Японія) [57]. Прилад дозволяє вивчати поверхневу
структуру змішаного палива зі збільшенням від 10 до 60 000 разів.
Мікроскоп JSM 6000C надає можливість сканувати поверхню зразка
найбільш сфокусованим електронним пучком з одночасною реєстрацією
випромінювання, що збуджується цим пучком [57]. В якості такого
випромінювання використовуються низькоенергетичні (до 50 еВ) вторинні
електрони, які генеруються матеріалом зразка при релаксації і збудженні
зовнішніх електронних оболонок, викликаному опроміненням. Це дозволяє
відобразити поверхневий рельєф досліджуваного зразка. Для поліпшення якості
зображення частинок їх покривають тонким шаром золота (0,02 мкм), а
прискорюючу напругу встановлюють в діапазоні випромінювання від 10 до 15
кВ.
Технічні характеристики палив (теплотворна здатність, зольність,
вологість і вихід летючих речовин) традиційно використовуються для
обґрунтування можливості їх ефективного використання при спалюванні в печах
енергетичного обладнання. Для чисельної оцінки цих характеристик
досліджуваних палив були проведені експериментальні дослідження відповідно
до методик, описаних в ГОСТ 147-2013 (ISO 1928-2009), ГОСТ 11022-95, ГОСТ
27314-91 (ISO 589-81), ГОСТ 6382-2001 [58].
Визначення теплотворної здатності змішаних видів палива.
Визначення більш високої теплотворної здатності і розрахунок більш низької
теплотворної здатності змішаних палив з вугілля різних марок і деревини, а
також продуктів їх збагачення і термічної обробки проводять за результатами
повного згоряння маси досліджуваного складу в калориметричній бомбі. Аналіз
проводили в ізотермічному режимі при постійному об'ємі в середовищі
стисненого кисню під тиском 30 кгс/см2. Були розраховані поправки на теплоту,
що виділяється при згорянні дроту запалювання, теплоту утворення і розчинення
сірчаної та азотної кислот у воді [58]. Визначення питомої теплотворної здатності
змішаних палив проводилося за допомогою калориметра згоряння АВ-1 з
бомбою [58] по ГОСТ 147-2013.
Принцип роботи калориметра полягає у вимірюванні температури
калориметричної системи із заданою ефективною теплоємністю при спалюванні
строго певної маси досліджуваного палива [58]. Підготовка до калориметричного
експерименту полягає в підготовці заминки, бомби і приміщення.
Вимірювання проводилися в окремому приміщенні, захищеному від
прямих сонячних променів, з невеликими коливаннями температури і вологості.
В ході експерименту було виключено наявність нагрівальних приладів,
обладнання, що працює з виділенням тепла, а також включених вентиляторів і
кондиціонерів, що створюють в приміщенні сильні потоки повітря. Амплітуда
коливань температури навколишнього повітря під час операції не перевищувала
1 °С за 30 хв, а її значення реєструвалися при фіксації результатів одиничного
експерименту. Під час визначення теплоти згоряння двері і вікна були щільно
закриті.
Кожен зразок змішаного палива з вугілля та деревини зважували на
аналітичних вагах ViBRA HT 224RCE (читабельність вимірювання 10-4 г) та
зважували 0,8 – 1,0 г.
Вимірювання і розрахунки проводилися відповідно до методики ГОСТ
1472013 [58].
Визначення зольності змішаних палив. Для визначення зольності
підготовлені паливні вантажі ретельно перемішували, зважували на вагах ViBRA
HT 224RCE (дискретність вимірювання 10-4 г) масою 1 ± 0,1 г і розподіляли
рівномірним шаром без заливання палива по краях човна. Човни з паливними
насадками знову зважували, після чого поміщали в піч ТСМП Лтд R14-U з
регульованою холодною температурою ТСМП з цифровим термостатом
(похибка вимірювання ± 1 °С) і нагрівали протягом 30 хвилин до температури
250 °С. Температуру підвищували до 500 °C протягом 30 хвилин, потім до 815±15
°C протягом 60 хвилин і витримували при цій температурі 60 хвилин. Після
прожарювання човни виймали з печі, охолоджували донною золою до кімнатної
температури і зважували, після чого знову поміщали в піч для контрольного
прожарювання на 15 хв. Кальцинацію повторювали до тих пір, поки різниця у
вазі при двох останніх зважуваннях не перевищувала допустиме значення.
Розрахунки зольності проводилися відповідно до методики по ГОСТ
11022-95 [59].
Визначення вологості змішаних видів палива. Вміст вологи в змішаних
паливах з вугілля різних марок і деревини визначали відповідно до ГОСТ
2731491. Досліди з кожною вантажчю змішаних палив дублювалися з метою
оцінки похибки результатів вимірювань. Температурно-регульована піч ТЦМП
ЛТД Р14-У з цифровим термостатом (похибка вимірювання ± 1 °С) була нагріта
до температури 105 – 110 °С. Буки разом з кришками зважували на вагах ViBRA
HT 224RCE (дискретність вимірювання 10-4 г), Після цього в них поміщали
гирі змішаних палив масою 10±1,0 г і знову зважували. Потім трохи відкриті
паливні буки поміщали в піч з регульованою температурою. Змішане паливо з
бурого вугілля і деревини витримували в печі протягом 90 хвилин, а змішане
паливо з вугілля і деревини - 60 хвилин. Відлік починався з моменту досягнення
температури 105 – 110 °С в печі з регульованою температурою ТСМП Лтд R14U
з цифровим регулятором температури (похибка вимірювання ± 1 °С).
Витримавши необхідний за експериментом проміжок часу, буки виймали з
духовки з регульованою температурою, накривали кришками і охолоджували до
кімнатної температури. Далі змішані паливні мішки зважували на вагах ViBRA
HT 224RCE (читабельність вимірювання 10-4 г). Після запису показань кришки
BUX знову відкривали і знову поміщали в духовку з регульованою
температурою для контрольного сушіння на 30 хвилин. Контрольна сушка
проводилася до тих пір, поки ваги двох останніх ваг не відрізнялися на
зазначену величину. Чисельна оцінка вологості палив проводилася відповідно
до методу [30].
Визначення виходу летких продуктів піролізу змішаних видів палива.
Вихід летких речовин в паливі безпосередньо впливає на організацію процесу
горіння, вибір обсягу камери згоряння і повноту згоряння палива. Для
визначення виходу летких речовин в першу чергу температурно-регульовану піч
ТЦМП Лтд Р14-У з цифровим регулятором температури нагрівали (похибка
вимірювання ± 1 °С) до температури 900±5 °С. ±Далі зважували порожні тиглі з
кришками. Зважування проводилося разом з кришкою тигля на вагах ViBRA HT
224RCE (читабельність вимірювання 10-4 г). Підготовлені тиглі з паливом
ставили на підставку і швидко поміщали в піч, де витримували протягом 7
хвилин. Потім знову відкривали піч, знімали підставку і охолоджували на повітрі
до кімнатної температури при закритих кришках тиглів. Потім тиглі зважували
на вагах ViBRA HT 224RCE (читабельність вимірювання 10-4 г). Розрахунки для
визначення виходу летких речовин проводилися відповідно до методу [31].
2.3. Методика визначення швидкості термічного розкладання змішаних
Паливо на основі вугілля та деревини
Знання числових значень швидкості термічного розкладання змішаних
палив, температур початку термічного розкладання і повного термічного
розкладання дозволило оцінити ступінь впливу деревини в змішаних паливах на
основі вугілля різних марок D, T, 3B, 2B на характеристики згоряння.
Експериментальні дослідження проводились на об'єкті Netzsch STA 449 F3
Jupiter (м. Нецш, Німеччина) [32]. Дане обладнання дає можливість проводити
дослідження в діапазоні температур 25 – 1300 °С. Процес підвищення
температури змінюється в діапазоні швидкостей нагріву від 0,1 до 100 °С/хв або
від 0,1 до 10 °С/хв [33]. Аналізатор працює за рахунок продування інертного або
реакційного газу через реакційну камеру. Термічний аналіз кожної ваги 20 мг
ваги проводився при температурній швидкості росту 10 ºC/хв (максимальна
температура досягалася 1100 ºC) [33].
Для визначення швидкості термічного розкладання змішаних палив
використовувалася методика [33]. Температуру настання термічного розкладання
визначали методом [34 – 35]. Індекс займання (Di) розраховували за формулою
[32]:
(1)
Тут (d /dw/ ) tmax - максимальна швидкість термічного розкладання, tp - час
досягнення максимальної швидкості термічного розкладання; te - час початку
термічного розкладання.
Для оцінки ступеня повного термічного розкладання використовувався
індекс (Df), який описується формулою [35 – 36]:  dw / dt 
(2)
де  t1/2 – період напіврозпаду в момент досягнення максимальної
швидкості термічного розкладання; t f - час повного термічного розкладання
палива.
Аналіз ступеня реакційної здатності палив дозволяє визначити зміни
характеристик досліджуваних змішаних палив з вугілля різних марок і деревини
при варіюванні частки першого основного компонента.

2.4. Методика визначення компонентного складу газів, що виділяються
при термічному розкладанні змішаних палив

Для оцінки впливу деревини в паливах з вугіллям різних марок на вихід
летких речовин був проведений аналіз продуктів термічного розкладання
змішаних палив за допомогою квадрупольного мас-спектрометра QMS 403 C
Aeolos [37 – 38].
Мас-спектрометр призначений для комплексного аналізу
багатокомпонентних газів і дозволяє динамічно контролювати склад різних
сумішей. Під час аналізу до термоаналізатора Netzsch STA 449 F3 Jupiter (м.
Нецш, Німеччина) було безпосередньо підключено додаткове обладнання, а мас-
спектри реєструвалися у поєднанні з термічним аналізом [37 – 38].
При одночасній хроматографії-мас-спектрометрії був сформований
додатковий сигнал, що характеризує час, необхідний речовині для проходження
через хроматографічну колонку [38]. Цей час визначався в одних і тих же
експериментальних умовах і був важливою характеристикою речовини, що
дозволяло розділяти навіть складні склади і визначати мас-спектри кожного
з'єднання в суміші. Площа отриманого піку мас-спектра пропорційна вмісту
речовини в аналізованому зразку, що дозволило аналізувати склад зразків при
певних умовах.
Отримані мас-спектри газів, що виділяються при термічному розкладанні
досліджуваних змішаних палив, порівнювали з кількістю газів, що виділяються
при розкладанні кожної маси однорідних вугілля. За результатами порівнянь було
проаналізовано масу антропогенних газів, що виділяються при термічному
розкладанні змішаних видів палива на основі вугілля та деревини.
У зв'язку з певною неоднорідністю всіх досліджуваних вугілля в питомих
числових вагах за об'ємом, у зв'язку з можливими малими відхиленнями в змісті
органічної і мінеральної частин палива була проведена оцінка випадкових
помилок у визначенні характеристик досліджуваних змішаних палив. З цією
метою всі експерименти з фіксованими значеннями основних значущих факторів
проводилися кілька разів (3-4), результати усереднювалися і розглядалися
стандартні відхилення, відносні значення яких не перевищували (4-5%). На
цьому етапі обробки результатів експериментів оцінювалися систематичні
похибки у вимірюваннях основних характеристик, що підлягають визначенню.
Значення похибок (у зв'язку з високим рівнем використання систем реєстрації
параметрів, аналітичного та вимірювального обладнання) не перевищували
1,5%.
Висновки з другого розділу
Розроблено новий комплексний підхід (заснований на методах проведення
експериментальних досліджень) до оцінки можливості використання змішаних
палив з вугілля різних марок і деревини в котельних агрегатах теплових
електростанцій.
Сформовано комплекс методів, що дозволяють проводити
експериментальні дослідження складу і властивостей змішаних палив на основі
вугілля і деревини, необхідні для оцінки можливості їх використання в якості
палив для теплових електростанцій.
Цикли експериментів на основі розроблених методик дають можливість
визначити основні технічні та енергетичні характеристики змішаних видів
палива на основі вугілля і деревини, а також ступінь їх реакційної здатності і
вміст оксидів, які чинять негативний вплив на навколишнє середовище.

РОЗДІЛ 3. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ
ТЕПЛОТЕХНІЧНИХ, ЕНЕРГЕТИЧНИХ ТА ЕКОЛОГІЧНИХ
ХАРАКТЕРИСТИК СУМІШЕВИХ ПАЛИВ НА ОСНОВІ ВУГІЛЛЯ ТА
ДЕРЕВИНИ

МКР 25.144.84 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Батир Літ. Арк. Акрушів
Розділ 3
Перевір. Беспалько
Реценз.
Н. Контр. ЧДТУ, МТЕ-45
Затверд. Калейніков
РОЗДІЛ 3. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ
ТЕПЛОТЕХНІЧНИХ, ЕНЕРГЕТИЧНИХ ТА ЕКОЛОГІЧНИХ
ХАРАКТЕРИСТИК СУМІШЕВИХ ПАЛИВ НА ОСНОВІ ВУГІЛЛЯ ТА
ДЕРЕВИНИ
3.1. Аналіз впливу концентрації деревини в змішаних паливах на
основі вугілля марок Д, Т, 3В, 2В на їх теплотехнічні,
енергетичні та екологічні характеристики
Приготування змішаних палив є важливим процесом у визначенні
можливості їх спалювання в котельних агрегатах теплових електростанцій. За
допомогою методів, описаних у пункті 2.2, було проведено комплекс
експериментальних досліджень для визначення основних характеристик
(теплотворної здатності, вологості, зольності та виходу летких речовин)
досліджуваних змішаних палив на основі вугілля марок Д, Т, 3В, 2В та
дрібнодисперсної деревини.
Таблиця 3.1.1. Наводиться нумерація, згідно з якою формуються
компонентні склади змішаних палив.
Таблиця 3.1.1. Компонентний склад сумішевого палива
No п/п Деревина, % Кам'яне вугілля, %
1 100 0
2 0 100
3 10 90
4 25 75
5 50 50

Діапазон зміни концентрацій деревної складової був обраний на основі
аналізу досвіду роботи теплових електростанцій на змішаних паливах [39 – 43].
Встановлено [39 – 43], що при концентраціях біомаси будь-якого походження до
10 % досягається безумовний позитивний ефект від її використання при будь-
яких трьох можливих технологіях спалювання. Тому основний інтерес викликав
аналіз можливості збільшення частки деревної складової в змішаних паливах до
значень, що забезпечують більш високу (за групою основних критеріїв)
ефективність процесів спалювання таких видів палива в топках котельних
установок теплових електростанцій.
Нижче наведено список основних компонентів, що використовуються при
формуванні змішаних видів палива:
а – Деревина (відходи пиломатеріального виробництва).
б – Вугілля марки Д. с – вугілля марки Т. д – вугілля марки 3Б. д – вугілля
марки 2Б.
Результати експериментальних досліджень з визначення теплотворної
здатності, вологості, зольності і виходу летких речовин досліджуваних палив
наведені в таблиці 3.1.2. Цифра в першому стовпці таблиці відповідає
процентному співвідношенню компонентів, буквене позначення відповідає
сировині, що використовується в купажованому паливі.
Таблиця 3.1.2. Результати експериментальних досліджень з визначення
теплотворної здатності, вологості, зольності та виходу летких речовин
Теплота
Волога Зольність Волатильний
Паливо згоряння,
W,% води, А,% вихід, Vdaf, %
Q, МДж/кг
1а 21,73 5,35 10,44 38,89
2б 26,20 5,83 15,76 12,36
3аб 24,92 5,42 14,00 14,55
4аб 24,31 5,23 11,91 38,89
5аб 23,84 5,35 10,44 40,96
2 в 25,72 5,52 18,37 25,56
3ав 25,6 5,42 14,24 26,46
4ав 25,22 5,34 13,65 28,33
5ав 24,79 5,41 11,08 39,95
2 г 25,79 9,75 3,45 40,09
3аг 23,91 8,82 3,2 44,89
4 аг 23,83 14,21 3,11 47,41
5аг 23,75 12,87 2,75 54,75
2д 23,72 8,25 7,42 43,39
3ад 23,68 12,29 4,68 47,93
4ад 23,44 10,45 4,53 51,7
5ад 23,35 10,29 3,82 66,17

Результати, представлені в таблиці 3.1.2, дозволяють зробити висновок, що
збільшення частки цінної деревини у вугіллі до 50% призводить до зниження
теплотворної здатності змішаних палив менш ніж на 9% в порівнянні з
вивченими однорідними типовими і широко використовуваними вугіллями.
Аналіз отриманих результатів показує, що склади, що відповідають
змішаним паливам з компонентним співвідношенням 50% / 50% (5ab, 5av, 5ag,
5ad), дещо відрізняються за енергетичними характеристиками від однорідного
вугілля. Однак при такому співвідношенні компонентів зниження зольності
становить до 50%, вихід летких речовин збільшується до 52%. Важливо і те, що
встановлений ефект сприяє значному зниженню температури займання
досліджуваних видів палив.
На рисунках 3.1.1 – 3.1.4 показані фотографії поверхні завантаження
змішаних палив, отриманих за допомогою мікроскопа (SEM) JSM 6000C (JEOL,
[37]). Аналіз структури змішаного палива проводився при співвідношенні
компонентів 50% / 50% (збільшення зображення в 500 разів). Вибір такого
співвідношення компонентів обумовлений доцільністю аналізу фізико-хімічних
процесів, що протікають в змішаних паливах на основі вугілля і деревини, що
призводять, як встановлено в експериментах, до синергетичного ефекту їх
згоряння. При максимально можливій концентрації деревної складової (50%) на
практиці такий аналіз з використанням інформації про поверхневу структуру
змішаного палива є найбільш доцільним.

Рисунок 3.1.1. Фотографія завантажувальної поверхні змішаного палива з
вугілля марки D і деревини з співвідношенням компонентів 50% / 50%

Аналіз фотографії мікрочастинок змішаного палива з вугілля марки D і
деревини показав, що частинки вугілля мають уламкову форму (характерний
розмір менше 80 мкм). На частинках деревини довгастої форми і набагато
більших розмірів (характерний розмір до 200 мкм) знаходяться мікрочастинки
вугільного пилу.

Рисунок 3.1.2. Фотографія поверхні завантаження змішаного палива з вугілля та
деревини марки Т у співвідношенні компонентів 50 % /50 %

Аналіз фотографії завантаження палива (рисунок 3.1.2) дає підстави для
висновку, що частинки вугілля марки Т більш крихкі, так як фракції менше 50
мкм переважають над більшими. На фотографії поверхні паливної насадки також
видно, що частинки деревини невеликі, порівнянні з розмірами частинок вугілля.
З рисунків 3.1.1. і 3.1.2 видно, що змішані палива з вугілля і деревини марки Т
більш однорідні і їх елементарні фрагменти мають більш округлу форму в
порівнянні з частинками палив з вугілля марки D і деревини. Можна зробити
висновок, що займання пісного палива на основі вугілля буде відбуватися
швидше в порівнянні з довгополуменевими, що важливо при розробці технологій
спалювання змішаних видів палива. Крім того, можна зробити висновок, що
згоряння другого палива (на основі вугілля марки Т) буде більш стабільним, так
як характерні розміри як першого, так і другого його компонентів значно (в 1,5-
2 рази) менше розмірів частинок палива на основі довгополуменевого вугілля.
Аналогічний аналіз будови поверхні навісного обладнання був проведений
для палив на основі бурого вугілля (рис. 3.1.3, 3.1.4).

Рисунок 3.1.3. Фотографія поверхні завантаження змішаного палива з
вугілля та деревини марки 3Б у співвідношенні компонентів 50 % /50
%

З фотографії, наведеної на рисунку 3.1.3, видно, що частинки вугілля мають
специфічну форму неправильних багатогранників, а частинки деревини -
довгасту волокнисту форму. На відміну від сумішей змішаних палив на основі
довгополуменевого і кам'яного вугілля, поверхневі фотографії яких наведені на
рисунках 3.1.1 і 3.1.2, дрібнодисперсні частинки вугільного пилу мають
структуру з яскраво вираженими плоскими краями.
Порівняння рисунків 3.1.1 – 3.1.3 показує суттєві відмінності в структурі
трьох змішаних видів палива (на основі довгополуменевих, худих та бурих
вугілля), отриманих за аналогічних умов. Можна зробити висновок, що існують
певні переваги паливних складів на основі вугілля марки Т і 3В завдяки малим
характерним розмірам частинок вугілля і деревних компонентів, які сприятливо
впливають на характеристики процесів займання і горіння. Відомо [24 – 28], що
при однакових умовах нагрівання дрібні фракції подрібненого твердого палива
запалюються набагато швидше, ніж великі. Це пов'язано з тим, що
теплопровідність будь-якої конденсованої речовини вище, ніж теплопровідність
повітря. Тому при локальному нагріванні великої частинки палива температура
її поверхні підвищується не так швидко, як дрібної за рахунок надходження тепла
в глибокі шари частинки. Невелика частинка палива набагато швидше
прогрівається до високих температур.

Рисунок 3.1.4. Фотографія поверхні комбінованої паливної насадки з
вугілля та деревини марки 2В у співвідношенні компонентів 50 %/50
%

Аналіз фотографії мікрочастинок палива з вугілля і деревини марки 2Б
показав, що частинки вугілля мають яскраво виражені плоскі краї. Частинки
деревини більші (по відношенню до вугілля) і мають волокнисту структуру.
Аналіз мікрофотографій змішаних палив дозволив встановити, що частинки
деревини при змішуванні з вугіллям піддаються деформації з розщепленням
волокон, що сприяє утворенню більш однорідних змішаних видів палива.
Характерний розмір частинок вугілля при змішуванні палив, як видно на
рисунках 3.1.1 – 3.1.4, становить менше 50 мкм. Деревина ж при змішуванні з
вугіллям марок Д і 2В менше деформується, розмір частинок становить понад 50
мкм. Такі види палива менш однорідні в порівнянні зі змішаними паливами з
вугілля марки Т і 3В. Можливо, це пов'язано зі складом і властивостями
мінеральної частини бурого вугілля, яка в процесі їх підготовки до спалювання
надає певний вплив на процес подрібнення органічної частини. Крім того,
округлі фракції мінеральної складової мають значний вплив на процеси
нагрівання приповерхневого шару палива, поглинають тепло і знижують
швидкість термічного розкладання, виділення летких речовин і, відповідно,
температуру початку займання.
Виходячи з відомих результатів по займанню частинок палива [24 – 29],
можна також зробити висновок, що тирса, швидше за все, виявляються значно
ефективніше, ніж інші види відходів деревообробки. Коли вони
використовуються в якості другого компонента змішаних видів палива, ініціація
горіння буде відбуватися набагато швидше, ніж при використанні, наприклад,
деревної тріски.

3.2. Аналіз залежності швидкості термічного розкладання змішаних
палив від концентрації деревини
Визначення швидкостей термічного розкладання змішаних палив на основі
вугілля та деревини проведено з метою вивчення синергетичних ефектів при
зміні концентрації деревини у вугіллі. Аналіз досліджуваних палив проводився
за методикою, описаною в розділі 2.3. Результати спільної термогравіметрії та
диференціально-скануючої калориметрії змішаних палив з вугілля марок Д, Т,
3В, 2В та цінної деревини показали, що зі збільшенням концентрації біомаси у
вугіллі відбувається зниження температури настання термічного розкладання.
При цьому підвищується реакційна здатність палива. Диференціально-термічні
гравіметричні криві для всіх складів, що наочно відображають етапи термічного
розкладання палив, представлені на рисунках 3.2.1 – 3.2.4.

a)

б)

в)

г)
Рисунок 3.2.1. Залежність швидкості термічного розкладання змішаних палив
від температури. Співвідношення деревини і вугілля марки D: а) 0; б) 10 / 90; в)
25 / 75; г) 50 / 50. Te - температура початку термічного розкладання палив, Tp -
температура максимальної швидкості термічного розкладання палив, Тf -
температура завершення термічного розкладання палив

Термограми, наведені на рисунку 3.2.1, дозволяють оцінити вплив
деревини на термічний розклад змішаних видів палива. Аналіз залежності
швидкостей втрати маси від температури показує, що на першому етапі нагріву
виділяється волога. Саме термічне розкладання деревини починається на другій
стадії перетворення (рис. 3.2.1). У діапазоні температур від 150 °С до 400 °С
розкладання геміцелюлози завершується. При підвищенні температур від 400 °С
до 570 °С відбувається розкладання целюлози і лігніну, третій діапазон
температур від 570 °С до 800 відповідає інтенсивному розкладанню вугілля.
Видно (рис. 3.2.1), що збільшення концентрації деревини в змішаному паливі до
50% призводить до зниження максимальної температури термічного розкладання
до 31,3% по відношенню до вугілля. Процес повного розкладання палива
відбувається в області більш низьких температур. Останнє обумовлено
збільшенням маси летких речовин (в порівнянні з вугіллям) при нагріванні в
змішаних паливах і більш низькими температурами початку піролізу і займання
деревини.
У таблиці 3.2.1 наведені характеристики термічного розкладання
досліджуваних змішаних палив з вугілля і деревини Marie D, отриманих в
результаті термогравіметричного аналізу.
Таблиця 3.2.1. Результати термогравіметричного аналізу змішаних палив з
вугілля та деревини марки D
Vmax, Di, мас%
Паливо Tp, °C Те, °C Tf, °C ∆T1/2, °C Df, wt% /T3
°C/хв /T2
2б. 2,58 481,52 220,1 753,26 343,48 2,43·10-5 2,07·10-8
3АБ 3,39 579,89 229,34 689,13 273,91 2,54·10-5 3,09·10-8
4АБ 3,07 585,3 184 691,3 334,2 2,85·10-5 2,27·10-8
5АБ 4,49 330,43 174,45 690,76 283,7 7,79·10-5 6,93·10-8

Аналіз результатів, наведених у таблиці 3.2.1, дозволяє зробити висновок,
що збільшення частки деревини до 50% призводить до зниження температури
початку термічного розкладання змішаного палива на 20,7%, а максимальна
швидкість піролізу збільшується в 1,7 рази. Зсув кривих DTG в діапазон більш
низьких температур відбувається за рахунок процесів, ініційованих термічним
розкладанням деревини.
За результатами проведеного аналізу можна зробити висновок, що зі
збільшенням частки деревини в змішаних паливах знижується температура
початку термічного розкладання палив, збільшується швидкість цього процесу
(збільшується вихід летких речовин). Зниження температури повного термічного
розкладання є позитивним ефектом, що сприяє обґрунтуванню подальшого
використання змішаних видів палива в котельних агрегатах теплових
електростанцій [29 – 30].
Рисунок 3.2.2. наведено результати термогравіметричного аналізу
змішаних палив з вугілля та деревини марки Т.

a)

б)

в)

г)
Рисунок 3.2.2. Залежність швидкості термічного розкладання змішаних
палив від температури. Процентний вміст деревини та вугілля марки Т: а)
0; б) 10 / 90; в) 25 / 75; г) 50 / 50. Te - температура початку термічного
розкладання палив, Tp - температура максимальної швидкості теплового
розкладання палива, Tf - температура завершення термічного розкладання
палив

За аналогією з довгополуменевим вугіллям процес термічного
перетворення змішаних палив з вугілля марки Т можна умовно розділити на три
етапи (рис. 3.2.2). На першому етапі відбувається видалення вологи, на другому
етапі - розкладання геміцелюлози, целюлози, лігніну і частково вугілля, а на
третьому етапі завершується розкладання лігніну та інших газоподібних
продуктів піролізу вугілля. При збільшенні частки деревини до 50% більш
яскраво виражені стадії її розкладання.
Рисунки 3.2.1 і 3.2.2 наочно показують відмінності між
термогравіметричними кривими палив на основі довгополуменевих і худих
вугілля. Характерним для останніх є значне зниження температурного діапазону,
в якому відбувається піроліз вугілля, зі збільшенням частки деревини. При
низькій концентрації останніх процес термічного розкладання вугілля Т
закінчується при температурах Т≈1020 °С (однорідне вугілля) і Т≈950 °С (10%
деревини). При збільшенні частки деревини до 25% процес термічного
розкладання вугілля завершується при температурі менше 700 °С. У цьому
випадку біомаса виступає своєрідним ініціатором піролізу пісного вугілля.
Встановлені закономірності дають підстави для висновку про те, що склади
палива на основі вугілля і деревини в енергетиці є високоперспективними.
Важливо, що у довгополуменевого вугілля цей ефект незначний. Тобто деревина
є ініціюючою добавкою вибірково (вибірково). Відповідно, термічний аналіз,
аналогічний описаному вище, повинен бути проведений при оцінці доцільності
використання будь-якого вугілля в якості базового компонента в сумішевих
паливах такого роду.
У таблиці 3.2.2 представлені результати термогравіметричного аналізу
змішаних палив з вугілля і деревини марки Т.

Таблиця 3.2.2. Результати термогравіметричного аналізу змішаних палив з
вугілля та деревини марки Т
Vmax,
Паливо Tp, °C Те, °C Tf, °C ∆T1/2, °C Di, мас% /T2 Df, wt% /T3
°C/хв
2 1,98 601 236,79 1019 657,19 1,39
·10-5 0,49·10-8
розряди
3Ав 1,5 729,89 212,5 950,05 602,18 0,97 10-5
· 0,36·10-8
4Ав 3,3 594,57 194,02 685,32 323,91 2,86·10-5 2,50 10-8
·
5Ав 3,94 325 159,78 669,57 276,08 7,50·10-5 6,55·10-8

З таблиці 3.2.2 видно, що збільшення частки деревини до 50% призводить
до збільшення максимальної швидкості термічного розкладання палив в 1,9 рази,
в той час як температура, відповідна піку цієї норми, знижується на 45,9% щодо
однорідного вугілля. Зі збільшенням частки деревини в змішаних паливах
початок їх термічного розкладання «зсувається» в низький температурний
діапазон на 32,5%. Температура повного термічного розкладання знижується на
34,2%. Індекс займання пов'язаний з температурою початку термічного
розкладання змішаних палив (чим вище значення Di, тим нижче температура
початку термічного розкладання палив [11]).
Рисунок 3.2.3. наведено результати термогравіметричного аналізу
змішаних палив з вугілля та деревини марки 3В при різних співвідношеннях мас
компонентів.

a)

b)

c)

d)
Рисунок 3.2.3. Залежність швидкості термічного розкладання змішаних
палив від температури. Процентний вміст деревини і вугілля марки 3В:
а) 0; б) 10 / 90; в) 25 / 75; г) 50 / 50. Те - температура початку теплового
розкладання палив, Тр - температура максимальної швидкості термічної
розкладання палива, Tf - температура завершення термічного розкладання
палив

На рисунку 3.2.3 представлені результати термогравіметричного аналізу
вугілля марки 3В і змішаних палив з додаванням деревини [12]. У порівнянні з
вугіллям D і T вугілля 3B більш вологе, виділення основних летких речовин
відбувається в діапазоні температур від 240 °C до 560 °C. Після цього
починається піроліз більш важких речовин, що входять до складу вугілля.
Термічне розкладання змішаних палив завершується в діапазоні температур від
580 ° С до 760 ° С. При збільшенні частки деревини до 50 % відзначено незначне
збільшення максимальної швидкості термічного розкладання. При цьому стадія
термічного розкладання деревини відповідає виділенню летких речовин
вуглецевої складової. При збільшенні частки деревини в змішаному паливі
прискорюється її термічне розкладання за рахунок збільшення вмісту
геміцелюлози (пікова швидкість термічного розкладання максимальна). Стадії
розкладання целюлози, лігніну і вугілля мають більш виражені межі.
Аналіз рисунків 3.2.1 – 3.2.3 показує, що у випадку з цим бурим вугіллям
додавання деревини призводить до значного зниження кінцевої температури
піролізу змішаних видів палива з цього вугілля та деревини. При цьому
збільшення частки біомаси в купажованому паливі майже не впливає на числове
значення ТКП. На підставі аналізу термогравіметричних кривих на рисунку 3.2.3
можна зробити висновок, що деревина має «каталітичний» вплив на
інтенсивність процесу термічного розкладання як бурого, так і пісного вугілля.
Наявність деревної біомаси як компонента змішаного палива на основі вугілля,
як правило, є достатньою для підвищення температури навколишнього
середовища при термічному розкладанні типових вугілля. Тобто інтенсивність
виділення летких газів зростає не при підвищенні температури, а при введенні
дрібнодисперсної деревини.
У таблиці 3.2.3 представлені результати термогравіметричного аналізу
змішаних палив з вугілля і деревини марки 3В.

Таблиця 3.2.3. Результати термогравіметричного аналізу змішаних палив з
вугілля та деревини марки 3В
Vmax, Di, мас%
Паливо Tp, °C Те, °C Tf, °C ∆T1/2, °C Df, wt% /T3
°C/хв /T2
2 г 2,47 436,41 240,2 758,15 329,89 2,35*10-5 2,26*10-8
3аг 5,08 384,78 219,57 586,87 183,15 6,00*10-5 12,28*10-8
4 тис. 4,43 385,87 204,89 594,57 212,5 5,60*10-5 9,09*10-8
5аг 4,67 384,78 205,97 580,43 200,43 5,90*10-5 10,43*10-8

Результати експериментальних досліджень показали зниження
температури початку термічного розкладання змішаних палив на основі вугілля
зазначеної марки і скорочення часу їх термічного розкладання. З таблиці 3.2.3
видно, що збільшення частки деревини в змішаному паливі до 50% знижує
температуру максимальної швидкості термічного розкладання змішаних палив
на 22,2%, температуру початку термічного розкладання на 20,1%, що дозволяє
обґрунтовано знизити додаткові витрати на підігрів палива в котлах ТЕС. З
таблиці 3.2.3 видно, що показники займання і згоряння досліджуваних складів
досить добре характеризують синергетичний ефект деревної складової в
змішаних паливах.
Рисунок 3.2.4. наведено результати термогравіметричного аналізу
змішаних палив з вугілля та деревини марки 2В.

a)

b)

c)

d)
Рисунок 3.2.4. Залежність швидкості термічного розкладання змішаних
палив від температури. Процентне співвідношення деревини і вугілля марки
2В:
а) 0; б) 10 / 90; в) 25 / 75; г) 50 / 50. Те - температура початку теплового
розкладання палив, Тр - температура максимальної швидкості термічної
розкладання палива, Tf - температура завершення термічного розкладання
палив
Характеристики (рис. 3.2.4, б, в), одержувані при термічному розкладанні
змішаних палив, аналогічні результатам, отриманим при термічному розкладанні
однорідного вугілля, а збільшення частки деревини до 50% в паливі призводить
до збільшення проміжку часу для її повного термічного розкладання [13]. Стадія
розкладання геміцелюлози характеризується піком при масовій частці деревини
понад 50% в діапазоні температур від 200 °С до 400 °С, а целюлози, лігніну і
вугілля при температурі від 400 °С до 860 °С.
Таблиця 3.2.4. наведено результати термогравіметричного аналізу
змішаних палив з вугілля та деревини марки 2В.
Можна відзначити, що відмінності в законах термічного розкладання
змішаних видів палива на основі двох вивчених бурих вугілля досить істотні.
Введення деревини в сумішеві палива вугільно-2В мало впливає на
характеристики термічної деструкції цього твердого палива. Можна зробити
висновок, що при виборі компонентів змішаних палив даного типу необхідно
проаналізувати характеристики їх піролізу в зв'язку з можливістю прояву (або
непрояву) каталітичного ефекту присутності деревини.
Таблиця 3.2.4. Результати термогравіметричного аналізу змішаних палив з
вугілля та деревини марки 2В
Vmax, Di, мас%
Паливо Tp, °C Те, °C Tf, °C ∆T1/2, °C Df, wt% /T3
°C/хв /T2
2д 6,248 401,63 196,2 564,67 406,52 7,93*10-5 6,7*10-8
3AD 13,27 395,57 217,39 603,26 204,9 15,4*10-5 27*10-8
4AD 14,02 394,57 217,39 603,26 197,83 16,3*10-5 30*10-8
5AD 14,025 350,5 201 844,6 72,82 19,9*10-5 65*10-8

На відміну від розглянутих раніше змішаних палив з вугілля марок Д, Т,
3В, для вугілля марки 2В спостерігається збільшення періоду повного термічного
розкладання на 42,7%, при цьому температура в момент максимальної швидкості
виділення тепла знизилася на 12,7%.
Порівняння даних термогравіметричного аналізу змішаних палив з вугілля
марок Д, Т, 3В, 2В показало, що в паливах на основі вугілля D і T зі збільшенням
масової частки в біомасі можна виділити очевидні стадії розкладання
геміцелюлози, целюлози, лігніну і вугілля на термограмах. Суміші на основі
вугілля марок 3Б і 2Б мають схожу структуру частинок, тому при збільшенні
частки деревини до 25% на термограммах можна виділити основний пік,
відповідний виходу летких речовин, і незначне збільшення швидкості
розкладання цих вугілля в адекватних температурних діапазонах. Можна
відзначити, що, як показали експерименти, зниження температури повного
термічного розкладання змішаних палив щодо однорідних вугілля сприяє
зменшенню тривалості процесу спалювання вугілля в топці котла, при цьому
зменшуються втрати тепла при хімічному недопалі палив [10 –16].
Результати наведених вище експериментів дозволяють зробити висновок,
що збільшення масової частки деревини в змішаних паливах з вугілля
досліджуваних марок сприяє також зниженню початкових температур
термічного розкладання, збільшенню максимальної швидкості цього процесу і
«зсуву» піку «температури», що відповідає максимальній швидкості піролізу
вугілля, в область більш низьких температур.

3.3. Оцінка екологічних показників змішаних видів палива на основі
вугілля та деревини
Скорочення шкідливих викидів від вугільних теплових електростанцій в
даний час є одним з основних завдань світової енергетики [17 –29]. Викиди
забруднюючих речовин (особливо оксидів SOx, NOx) сприяють утворенню
кислотних дощів і руйнуванню озонового шару. Методи, що застосовуються при
очищенні димових газів теплових електростанцій, як правило, дорогі і
призводять до значного зростання собівартості виробництва теплової та
електричної енергії. Останніми роками висувається гіпотеза про те, що менш
дорогим та ефективнішим методом скорочення викидів є спільне спалювання
вугілля та біомаси [29 –37]. Автори [29 –37] показали зниження виходу
шкідливих викидів при спалюванні змішаних видів палива з вугілля та біомаси.
Відповідно, зменшується вплив на навколишнє середовище, а економічні
показники виробництва теплової та електричної енергії можуть бути підвищені.
Дослідження [37 –46] ілюструють скорочення викидів SOx, NOx в більшій чи
меншій мірі, в залежності від використовуваної біомаси. Незважаючи на те, що
біомаса вважається вуглецево-нейтральним паливом, встановлено також
скорочення викидів СО2.
Отримані до теперішнього часу результати [37 – 46] не дають можливість
аналізу закономірностей процесів зниження негативного впливу теплових
електростанцій на навколишнє середовище зі збільшенням частки деревини в
однорідному вугіллі. Дослідження в цьому напрямку представляють інтерес
також у зв'язку з необхідністю обґрунтування можливості використання
змішаних палив на основі вугілля різних марок і деревини на теплових
електростанціях.
На рисунках 3.3.1 – 3.3.4 представлені результати аналізу виходу оксидів
SO2, NO, CO2 при термічному розкладанні змішаних палив з вугілля та
деревини.

Рисунок 3.3.1. Концентрації основних антропогенних газів в продуктах
термічного розкладання змішаних палив, по відношенню до вугілля марки D (φ
- частка деревини, Vgas - вихід газів)

З рисунка 3.3.1 видно, що збільшення частки деревини до 50% в змішаному
паливі на основі вугілля D призводить до зниження емісії основних
антропогенних оксидів (NO на 23,8%, СО2 на 17,1%, SO2 на 38,7%).
Отримані результати свідчать про можливість значного (до 40%) зниження
негативного впливу теплових електростанцій на навколишнє середовище при
використанні змішаних видів палива на основі вугілля і деревини. Аналогічні
дослідження були проведені і для інших варіантів змішаних видів палива на
основі пісного і бурого вугілля. Рис. На рисунку 3.2.2 показані залежності
концентрацій NO, CO2, SO2 в продуктах піролізу змішаних видів палива від
частки деревини.

Рисунок 3.3.2. Концентрації основних антропогенних газів в
продуктах термічного розкладання змішаних палив, по відношенню до
вугілля марки Т (φ - фракція деревини, Vgas - вихід газів)

З рисунку 3.3.2 видно, що зниження негативного впливу шкідливих
викидів від ТЕС з використанням змішаних видів палива на основі вугілля Т з
додаванням масової частки деревини є значним. Наприклад, коли частка
деревини в змішаному паливі збільшується до 50%, вихід NO зменшується на
60,2%, CO2 – на 85,1%, а SO2 – на 89,0%. Співвідношення компонентів
вибирається з умови, згідно з яким теплотворна здатність такого палива повинна
бути порівнянна з теплотворною здатністю вугілля, а зольність повинна бути
значно нижче. Результати, отримані в порівнянні з експериментальними даними
палив на основі вугілля і деревини марки D ілюструють багаторазову зміну
виходу шкідливих викидів при їх піролізі на основі пісного вугілля в порівнянні
з вугіллям довгого полум'я. Якщо врахувати, що витрати першого і другого дещо
відрізняються, то можна зробити висновок, що для віддалених від вугільного
родовища регіонів вугілля марки Т є досить перспективним. При цьому слід
зазначити, що зниження виходу антропогенних газів при спалюванні палив на
основі вугілля марки Т значно вище, ніж частка таких газів в введеній деревині
(SO2, наприклад, в 5-6 разів). Встановлена закономірність ще раз підтверджує
каталітичний (або, іншими словами, синергетичні) ефект присутності біомаси в
змішаному паливі, що проявляється в багаторазовому зниженні виходу
антропогенних газів.
Аналогічні дослідження були проведені і для палив на основі бурого
вугілля.

Рисунок 3.3.3. Концентрації основних антропогенних газів в продуктах
термічного розкладання змішаних палив, по відношенню до бурого вугілля
марки 3В (φ - частка деревини, Vgas - вихід газів)

З рисунка 3.3.3 видно, що збільшення частки деревини до 50% в змішаних
видах палива призводить до зниження NO на 26,1%, СО2 на 51,6%, а SO2 - на
62,2%.
Експериментально отримані результати підтверджують ефективність
значного зниження антропогенного впливу на навколишнє середовище при
спалюванні змішаних палив і 3В на основі вугілля.

Рисунок 3.3.4. Концентрації основних антропогенних газів в
продуктах термічного розкладання змішаних палив, по відношенню до
бурого вугілля марки 2В (φ - частка деревини, Vgas - вихід газів)

Результати дослідження палива на основі вугілля марки 2Б наведені на
рисунку 3.3.4. Видно, що збільшення масової частки деревини в даному випадку
також призводить до зменшення виділення антропогенних газів в навколишнє
середовище при термічному розкладанні змішаних палив.
Порівняльний аналіз проводився на основі складу змішаних палив при
співвідношенні компонентів 50 % / 50 %. З рисунка 3.3.4 видно, що при такому
співвідношенні компонентів викид шкідливих викидів NO знижується на
30,2%, СО2 – на 22,1%, а SO2 – на 37,2%. Аналіз отриманих результатів
дозволяє підтвердити поліпшені характеристики змішаних палив такого роду по
відношенню до вихідного вугілля, але масштаб позитивного ефекту значно
менше, ніж у вугілля марки Т і бурого 3В. Встановлена закономірність ще раз
ілюструє необхідність детального вивчення на етапі формування змішаних
палив не тільки вугілля, що є їх основою, але і самого змішаного палива. В
цьому випадку можна досягти максимального позитивного ефекту від
застосування останніх.
На закінчення слід зазначити, що результати досліджень змішаних палив
на основі парового вугілля марок Д, Т, 3В, 2В і деревини створюють передумови
для обґрунтування зниження негативного впливу теплових електростанцій на
навколишнє середовище без встановлення додаткових фільтрів для очищення
димових газів при використанні змішаних видів палива.

3.4. Оцінка можливості використання змішаних палив на основі вугілля
і деревини під час роботи котла БКЗ-220-100-4, встановленого на ГРЕС
Розглянуто можливість використання досліджуваних змішаних видів
палива на робочій потужності котельного агрегату БКЗ-220-100-4,
розташованого на ГРЕС. Обрана для аналізу електростанція працює на вугіллі
марки Д. ГРЕС - єдина теплова електростанція, що працює на вугіллі і газі.
Зниження шкідливих викидів і витрат на імпортоване паливо без залучення
додаткових великих інвестицій в реконструкцію одного з основних джерел
енергії міста є актуальним завданням.
Котельний агрегат марки БКЗ-220-100-4 широко використовується на
теплових електростанціях. Вибір котельної установки обумовлений тим, що її
конструкція і технологічні процеси (теплообмін, гідродинаміка) найбільш
близькі до котлів, розглянутим в Нормативному методі [47].
Вихідні дані по котлоагрегату, необхідні для розрахунків, були отримані в
технічному відділі ГРЕС-2. Розрахунки проводилися на основі стандартної
методики «Тепловий розрахунок котлів» [47].
Короткі характеристики котла: паровий котел з паропродуктивністю 220
т/год, тиск перегрітої пари – 9,8 МПа, температура перегрітої пари – 510 °С,
температура живильної води – 210 °С, тиск у барабані – 10,8 кг/см2, Необхідна
температура відпрацьованих газів на виході з екранного пароперегрівача – 1136
°С, між конвективними пароперегрівачами (КПК) – 162 °С, об'єм топкового
простору – 1087 м3. Котел з відведенням твердого шлаку.
На рисунку 3.4.1 показаний загальний вигляд котла БКЗ-220-100-4,
розташованого на ГРЕС-2.

Рисунок 3.4.1. Загальний вигляд котла БКЗ-220-100-4

Аналіз можливості переведення котла на змішані види палива з деревини
та вугілля марки D у співвідношенні компонентів: 0 % / 100 %, 10 % / 90 %, 25
% / 75 %, 50 % / 50 % проводився на основі експериментально отриманих
характеристик таких видів палива.
Повірочний розрахунок котла БКЗ-220-100-4 проводився в середовищі
MathCAD.
Вихідні дані за характеристиками палива були встановлені за
результатами проведених дослідів (наведені в таблиці 3.4.1). Параметри
поверхонь нагріву котельного агрегату, необхідні для виконання повірочних
розрахунків, представлені раніше. Основним завданням повірочного
розрахунку є визначення витрати змішаних палив, температури в топковому
просторі при їх згорянні, а також особливостей теплообміну поверхонь нагріву.
Основні результати повірочного розрахунку парового котла при
спалюванні змішаного палива з вугілля марки Д і деревини представлені в
таблиці 3.4.1.

3.4.1. Результати повірочних розрахунків котла БКЗ-220-100-4 ГРЕС-2 з використанням непроектних видів палива

Параметри
газу і
Нижча Витрата Корисне
повітря
ЕФЕКТИВНІСТЬ Об'єм
теплотворна Склад палива % Тепловтрати, % палива, виділення
на
Котел печі
здатність Струм тепла
вихід з
урочища

Кам'яне
вугілля 6300 8,25 15,76 0,11 50,2 3,6 1,6 20,48 139 328 4,459 1,5 0,017 - 93,514 22,008 1087 1,2 6868,7 1045
марки D

10% –
деревина, 5960 8,25 14 0,05 50,2 3,67 1,32 22,51 143 338 4,818 1,5 0,51 - 93,156 23,66 1087 1,2 6539,1 1073
90 % – D

25% –
деревина, 5820 8,25 11,91 0,03 51,47 3,78 1,1 23,46 145 347 5,169 1,5 0,51 0,014 92,808 24,321 1087 1,2 6429,2 1095
75 % – D

50% –
деревина, 5700 8,25 10,44 0 53,16 3,84 0,7 23,61 148 357 5,57 1,5 0,51 0,012 92,407 24,94 1087 1,2 6347,5 1115
50 % – D

З таблиці 3.4.1 видно, що ККД котла при переході на вугільне паливо дещо
знижується. При концентрації 50%/50% змішаних компонентів палива ККД
котла становив менше 1,2%. При цьому приріст витрати змішаного палива в
порівнянні з вугіллям не перевищує 13% за рахунок незначного погіршення
енергетичних характеристик палива. Зниження вироблення корисного тепла
становить менше 7,6%. Підвищення температури димових газів на виході з топки
котла склало 70 °С або 6,7%, що обумовлено збільшенням виходу летких речовин
при згорянні змішаного палива.
Таблиця 3.4.2. Наведено параметри теплоносія на вході та виході поверхонь
нагріву котла, визначені за результатами повірочних розрахунків.

71

Таблиця 3.4.2. Параметри теплоносія на вході і виході з поверхонь нагріву котла
КПП І ПОТ ПК ЕК-2 ТВП 2 ЕК-1 ТВП 1 КПП І ст ПОТ ПК ЕК-2 ТВП 2 ЕК-1 ТВП 1
Паливо вул.
Нагрітий теплоносій на вході, ккал/кг Нагрітий теплоносій на виході, ккал/кг
Кам'яне вугілля
679,5 677,6 226,5 321,1 207,6 66,1 716,7 679,5 275,4 509,9 221,5 321,1
марки D
10% – деревина,
678,9 676,8 229,1 324,1 207,6 65,6 720,6 678,9 283,1 519,5 223,6 324,1
90% – D
25% – деревина,
679 676,8 237,3 337,5 207,6 67,3 725 679 295 546,9 225,6 337,5
75% – D
50% – деревина,
679,2 676,9 246,3 355,2 207,6 69,8 729,8 679,2 308 581,4 227,9 355,2
50% – D
75% – деревина,
679,5 676,9 267 397,6 207,6 75,5 742,1 679,5 338,6 661,9 233,6 397,6
25% – D
90% – деревина,
680,1 677,3 285,5 431,2 207,6 79,5 754,3 680,1 367,1 726 239,4 431,2
10% – D

З таблиці 3.4.2 видно, що збільшення енергетичних характеристик
теплоносія в поверхнях нагріву є значним. Наприклад, ППП I ст., ПОТ ПК, ЕК-2
до 50 ккал/кг, а на ТВП-2 до 200 ккал/кг, на ТВП-1 до 300 ккал/кг.
На рисунку 3.4.2 показані залежності приросту ентальпії робочого тіла на
поверхнях нагріву котла БКЗ-220-100-4 при номінальному навантаженні.

Рисунок 3.4.2. Приріст ентальпій нагрітого теплоносія зі збільшенням
деревини в паливі, ккал/кг

Збільшення частки деревини в змішаному паливі до 50% призводить до
збільшення ентальпії охолоджуючої рідини в редукторі першого ступеня до
26,5%, збільшення ентальпії в ПОТ ПК до 17,4%, в ТВП – 2 до 20,7%, в ТВП 2 –
до 16,5%, в ЕК – від 1 до 31,5% і в ТВП 1 – до 10%.
Результати повірочних розрахунків при аналізі декількох змішаних видів
палива дозволяють обґрунтувати можливість збільшення частки деревини до
50% при мінімальному зниженні ККД котла, але при підвищенні температур на
поверхнях нагріву і збільшенні ентальпій на них. Цей ефект є позитивним, так
як поліпшення характеристик теплообміну підвищує характеристики нагрітого
теплоносія.

Висновки по третьому розділу
- Визначено ступінь впливу частки деревини на теплові, енергетичні
та екологічні характеристики досліджуваних змішаних палив.
- Встановлено залежності температур початку термічного
розкладання змішаних палив і максимальної швидкості їх термічного
розкладання від частки деревини.
- Встановлено значне зниження негативного впливу на навколишнє
середовище при термічному розкладанні змішаних палив з часткою деревини в
них з 10% до 50%.
- Визначено перспективні для спалювання склади палива на досить
типовому котлі БКЗ-220-100-4 ГРЕС-2.
- Коефіцієнти ефективності використання змішаних видів палива на
теплових електростанціях визначаються за трьома показниками
(економічні, енергетичні, екологічні).
Результати експериментів і повірочних розрахунків потужності котла
підтверджують можливість спалювання змішаних палив на основі вугілля і
деревини при співвідношенні компонентів від 10% / 90% до 50% / 50%.
Розрахунок мультиплікативного коефіцієнта корисної дії при використанні
змішаних палив показав, що їх спалювання може призвести до збільшення ККД
ТЕС в 2,36 рази за рахунок поліпшення екологічних та економічних показників
електростанції в цілому. Тому втрата ККД котельного агрегату на 1,2% є
прийнятною з урахуванням екологічного та економічного ефекту, одержуваного
для ТЕС в цілому.

РОЗДІЛ 4. ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ
СИТУАЦІЯХ

МКР 25.144.84 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Батир Літ. Арк. Акрушів
Розділ 4
Перевір. Цікановський
Реценз.
Н. Контр. ЧДТУ, МТЕ-45
Затверд. Калейніков

РОЗДІЛ 4. ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ
СИТУАЦІЯХ
Вимоги безпечного обслуговування паливно-транспортного
обладнання
4.1. Розвантажування твердого палива
1.1. Розвантаження твердого палива з вагонів здійснюється після повної
зупинки і закріплення вагонів гальмовими башмаками, відчеплення і відведення
локомотива на відстань не менше 5 м за межі розвантажувального пристрою.
Під час проведення розвантажування твердого палива вагоноперекидачами
закріплювати вагони гальмовими башмаками не потрібно. Дозволяється у разі
відсутності працівників у розвантажувальному пристрої не відчіплювати
локомотив від поїзда, що розвантажується, якщо від локомотива проводиться
відбирання стисненого повітря для відкривання і закривання люків вагонів.
Під час подавання вагонів локомотивом безпосередньо у бункери котельні
відчіплювати вагони перед їх розвантажуванням не потрібно. Розвантажувати
паливо у такому разі починати після того, як за допомогою сигналу отримано
дозвіл на розвантажування.
1.2. Тип розвантажувального пристрою визначається залежно від виду та
витрати палива.
1.3. Роботи з розвантажування твердого палива проводяться під
керівництвом машиніста вагоноперекидача. Під час проведення
розвантажування палива, крім машиніста вагоноперекидача, повинен бути
начальник зміни (бригадир вантажників).
1.4. Вагони з паливом перед тим, як розпочати розвантажування, необхідно
оглянути. Якщо кришки люків та їхні кріплення, борти або запірні механізми
несправні, вжити заходів щодо створення безпечних умов для розвантажування
вагонів.
1.5. Отвори для скидання палива з вагонів у бункери незалежно від способу
розвантажування необхідно перекрити ґратами з вічками розміром 240 х 240 мм.

1.6. Розвантажувати паливо з осередками горіння у бункери сирого вугілля в
котельнях або складати його у штабелі на зберігання заборонено.
Таке паливо необхідно розвантажувати на спеціально виділену площадку
складу для його гасіння або охолодження.
1.7. Під час відкривання люків або бортів вагонів-самоскидів (гондол,
хоперів тощо), а також під час відкидання бортів платформ працівники повинні
перебувати збоку від люка або борту.
1.8. Для запобігання перевертанню вагонів під час проведення
розвантажування через люки відкривати останні необхідно почергово, по одному
з кожного боку вагона.
Дозволяється залізати через відкриті люки для очищення вагонів тільки у разі
відсутності палива, що зависло або примерзло на їхніх стінках. Хопери
необхідно очищати зі спеціальних площадок.
1.9. Очищати у розвантажувальних пристроях вагони від палива, що зависло
або примерзло до стінок і днища, необхідно тільки зверху з приставних драбин,
що мають верхні гаки, і за відсутності працівників біля люків у місцях падіння
палива.
Очищати вагони повинні одночасно два працівники - для надання у разі
потреби негайної допомоги потерпілому.
Очищення вагонів на вагоноперекидачі необхідно проводити відповідно до
вимог пунктів 2.26 і 2.27 цього розділу.
1.10. Розвантажувати вагони на естакадах складів і в розвантажувальних
пристроях траншейного типу потрібно зі стаціонарних містків (ходових
площадок), а також з пересувних кранових або візкових площадок.
У разі відсутності містків або візкових площадок закривати люки і борти
вагонів на місці проведення розвантажування заборонено. Закривати люки і
борти вагонів потрібно на спеціально пристосованих ділянках, обладнаних
люкопідіймачами.
Дозволяється закривати люки вагонів, підтягнутих після вивантажування на
спеціально обладнані ділянки, без відчеплення локомотива.

1.11. Перебувати у приймальних ямах (траншеях) під час розвантажування
або навантажування вагонів на складах або в приймально-розвантажувальних
пристроях з естакад, а також під час роботи скреперів та інших механізмів
заборонено.
1.12. Не дозволяється заходити у вагони для спрямування грейфера або
нагляду за роботою механізмів під час розвантажування або навантажування
палива за допомогою грейфера, а також під час роботи механізмів розпушування
палива, що змерзлося, і механізмів очищення вагонів (буророзпушувачів,
вібророзпушувачів тощо).
1.13. Перебувати у тепляку під час подавання або виведення залізничних
вагонів заборонено.
1.14. Дозволяється входити у камери тепляка тільки за температури повітря
в них не більше +40°C і у разі зупинених вентиляторів.
1.15. Ворота камери тепляка після перевірки правильності установлення
вагонів у ній і за відсутності у тепляку людей необхідно закрити на запори.
1.16. Тепляк, що перебуває у режимі гарячого резерву, повинні оглядати не
менше двох працівників.
1.17. У разі експлуатації тепляків з реактивними двигунами огородження
турбіни повинно бути виготовлено з металевих листів завтовшки не менше 10
мм.
Під час роботи двигунів перебувати у приміщенні, де вони установлені, або
поблизу них, якщо вони установлені поза приміщенням, заборонено.
1.18. Подрібнювати вугілля вручну на ґратах бункерів приймально-
розвантажувальних пристроїв необхідно із заздалегідь укладених настилів під
керівництвом відповідального працівника - начальника зміни або машиніста
вагоноперекидача.
Розбивати вручну великі куски вугілля й такі, що змерзлися, необхідно у
захисних окулярах закритого типу з безбарвним склом, розбивати (розколювати)
вугілля потрібно вздовж шарів, щоб менше відлітало кусків.

Ґрати бункерів приймально-розвантажувальних пристроїв повинні бути у
справному стані.
1.19. Допускати працівників на ґрати бункера можна тільки після вимкнення
електродвигунів вагоноперекидача і дробильно-фрезерних машин. На ключах
пультів керування цим обладнанням необхідно вивішувати застережні знаки
безпеки «Не вмикати! Працюють люди».
Двері для проходу до ґрат бункерів необхідно зблокувати з
електродвигунами ротора вагоноперекидача і дробильно-фрезерних машин
таким чином, щоб у випадку відчинених дверей вмикання електродвигунів було
неможливим. У цьому разі відчинені двері необхідно фіксувати за допомогою
електричної схеми блокування.
Проходи через приміщення вагоноперекидача з боку робочої зони
дробильно-фрезерних машин і робочі місця біля пультів керування цими
машинами необхідно обгороджувати суцільними металевими листами заввишки
не менше 2 м.
1.20. На вагоноперекидачі повинна бути звукова і світлова сигналізації,
зблоковані з пусковим ключем на щиті керування вагоноперекидачем.
1.21. Вагоноперекидачі повинні мати систему пилопригнічування, яку
необхідно вмикати під час розвантажування вагонів з вугіллям.
1.22. Вмикати вібратори під час перекидання вагоноперекидача без вагона
заборонено.
1.23. На вагоноперекидачі дозволяється розвантажувати тільки справні
вагони і лише після перевірки правильності установлення їх на платформі та за
відсутності працівників у роторі, на ґратах, в бункерах і на платформі
вагоноперекидача.
1.24. Огляд, ремонт і змащування вагоноперекидачів та інших механізмів
необхідно проводити тільки після зупинення обладнання і розбирання
електричної схеми електродвигуна.
1.25. Про подавання під розвантажування та прибирання поїздів,
виштовхування з вагоноперекидача окремих вагонів і про підхід локомотива до

приймально-розвантажувальних пристроїв необхідно сповіщати працівників за
допомогою звукової сигналізації або гучномовців. Сигнал подавати протягом
тривалого часу - до повного зупинення поїзда або вагона.
1.26. Для запобігання помилковому увімкненню вагоноперекидача під час
очищення в ньому вагонів, коли працівники заходять у повернутий на 90° вагон,
електричне коло керування вагоноперекидачем повинно бути розірвано за
допомогою вимикача, установленого на робочому місці помічника машиніста
вагоноперекидача. На вимикачі і ключах дистанційного керування вивішувати
застережні знаки безпеки «Не вмикати! Працюють люди».
1.27. Очищати вагон на вагоноперекидачі дозволяється тільки після монтажу
страхувального каната або установлення тимчасових огороджень, що
відповідають вимогам пункту 2.4 розділу IV цих Правил.
Торцеві двері вагонів повинні бути зачинені і надійно закріплені. У разі
використання страхувального каната як засобу захисту необхідно застосовувати
запобіжний пояс.
Входити у вагон, розміщений у роторному вагоноперекидачі, потрібно через
місток.
1.28. Під час введення в дію вагоноперекидача, а також виштовхування з
нього розвантаженого вагона помічник машиніста вагоноперекидача повинен
подавати застережний сигнал.
1.29. У разі виходу з ладу вагоноштовхача вагони на вагоноперекидач
дозволяється подавати локомотивом за умови, що тролейні проводи
вагоноперекидача вимкнено з пульта керування машиніста вагоноперекидача.
Заїзд локомотива у тепляк, що розміщений перед вагоноперекидачем і
перебуває у робочому режимі, заборонено.
1.30. Перед виїздом розвантажених вагонів працівників необхідно вивести на
безпечну відстань, а предмети, що заважають руху, - прибрати.
Під час під'їзду локомотива до вагонів та відправлення їх необхідно подавати
застережний сигнал.

1.31. Технічне обслуговування усіх вагонів після закінчення
розвантажування їх вагоноперекидачем необхідно виконувати з дозволу
диспетчера на спеціально обладнаних коліях.
1.32. У разі необхідності технічного обслуговування вагонів на коліях
збирання порожняка за вагоноперекидачем необхідно дотримуватись таких
вимог:
робочу зону необхідно постійно тримати в чистоті й очищати від палива,
сміття та розлитого мастила;
під колеса вагонів необхідно підкладати гальмові башмаки для запобігання
самочинному їх переміщуванню;
під час проведення ремонту автоматичного зчеплення вагонів, розміщених у
поїздах і окремих групах, вагони необхідно розсовувати на відстань не менше 5
м з обов'язковим підкладанням гальмових башмаків під розчеплені вагони з боку
проміжку.
1.33. Під час руху вагона і проведення маневрових робіт усувати
несправності та заливати мастило в букси заборонено.
1.34. Якщо вагони подаються вагоноштовхачем, то заходити в них для
відбирання проб палива необхідно через відкидний місток спеціальної вежі або
будови, який споруджують між коліями насуву вагоноперекидача. Місток
необхідно блокувати за допомогою електросхеми з вагоноперекидачем таким
чином, щоб у разі опускання його на вагон рух вагоноштовхача став
неможливим.
У разі подавання вагонів локомотивом заходити у вагон для ручного
відбирання проб палива дозволяється тільки після відчеплення і відведення
локомотива на відстань не менше 5 м і закріплення вагонів. У цьому разі
дозволяється підніматись у вагон для відбирання проб палива по його скобах або
по приставній драбині.

4.2. Обслуговування складів твердого палива

3.1. Розміри вічок ґрат, що перекривають приймальні бункери вугільних
складів, повинні бути не більше 400 х 400 мм, якщо вугілля подрібнюють на них
бульдозерами, і розміром 240х240 мм, якщо вугілля подрібнюють вручну.
3.2. Штабелі палива необхідно розміщувати таким чином, щоб їхня підошва
була не ближче 2,5 м від крайніх до штабелів рейок залізничної колії і 1,5 м від
бровки автодороги.
Максимальна висота штабеля у разі обслуговування його краном-
перевантажувачем повинна бути такою, щоб відстань між поверхнею штабеля і
низом грейфера, піднятого у крайнє верхнє положення, була не менше 0,5 м.
3.3. Під час роботи скреперної лебідки необхідно забезпечити видимість усієї
робочої зони скреперного ковша.
Обмежувачі ходу скреперного ковша і покажчики його положення необхідно
перевіряти щомісяця.
Для періодичного огляду блоків скреперних установок до них необхідно
забезпечити вільний і зручний доступ.
3.4. Штабелювати й особливо відвантажувати паливо із штабеля необхідно
без утворення крутих схилів, щоб уникнути обвалювання або сповзання палива.
У разі короткочасного утворення крутих схилів наближатись до них як через
верх штабеля, так і низом заборонено.
Круті схили необхідно обвалювати бульдозерами або грейферними кранами.
Біля крутих схилів штабеля необхідно установлювати застережні знаки
безпеки.
3.5. Ходити по схилах і по верхній частині штабеля дозволяється тільки по
трапах, що відповідають вимогам чинних будівельних норм. Не дозволяється
ходити у місцях розташування штабеля, де є підозра на осередки горіння, і по
свіжонасипаному вугіллю.
3.6. Запускати двигун бульдозера, трактора потрібно з кабіни машини.
Дозволяється запускати двигун поза кабіною бульдозера, трактора тільки за
наявності пристрою, що унеможливлює його рух.

3.7. Скрепери, бульдозери, пересувні крани, що перебувають на
утрамбованому штабелі палива, не повинні наближатись до верхньої бровки
штабеля ближче ніж на 1 м, а на неутрамбованому - ближче ніж на 1,5 м (відстань
від краю бровки до гусениці).
У випадку утворення біля штабеля під час його розбирання вертикальної
стінки заввишки понад 3 м мінімальна відстань від її бровки до гусениць
механізмів повинна бути не менше 4 м.
3.8. Під час формування штабеля або подавання вугілля до приймальних
підземних складських бункерів заносити відвал за бровку насипу заборонено,
щоб уникнути сповзання і перекидання машини.
3.9. Пересування і робота бульдозерів та скреперів на схилах штабеля
дозволяється тільки тоді, коли кути підйомів і спусків не перевищують
зазначених у заводській технічній документації на ці машини.
3.10. У разі виявлення під час роботи перешкод, небезпечних для стійкості
бульдозера, бульдозер необхідно зупинити, оглянути й оцінити перешкоду, щоб
вибрати правильний спосіб продовження роботи.
Під час розвантажування, транспортування, планування штабелів палива
двома і більше самохідними або причіпними машинами (скреперами,
бульдозерами, котками тощо), що рухаються одна за одною, відстань між ними
повинна бути не менше 5 м.
3.11. Розвертати бульдозер із завантаженим або заглибленим відвалом
заборонено.
3.12. Під час роботи на тракторі (бульдозері) заборонено:
виходити з машини під час її руху;
виходити на свіжонасипане паливо у місці розташування приймальних
підземних бункерів;
залишати машину на схилі з увімкненим двигуном;
заправляти і ремонтувати машину на штабелі;
користуватись вогнем на штабелі;
оглядати відвал бульдозера у піднятому положенні;

працювати під отвором виходу палива працюючого конвеєра.
3.13. Під час укочування схилів штабеля котком стояти внизу біля місця, яке
укочують, заборонено.
3.14. Коток для укочування схилів спускати на натягненому тросі.
3.15. Під час подавання палива зі складу через приймальні підземні бункери
бульдозери і самохідні скрепери не повинні бути біля ґрат на свіжонасипаному
паливі, якщо висота свіжонасипаного палива становить 2 м і більше, а також під
час роботи живильників - через можливі миттєві обвали палива.
3.16. Після закінчення подавання бульдозером палива зі складу у приймальні
бункери заборонено:
залишати бункери, заповнені вологим вугіллям. Після закінчення роботи
бункери необхідно випорожнювати і перекривати щитами або заповнювати
сухим вугіллям;
залишати навкруги бункерів вертикальні стінки, що утворились під час
подавання вугілля.
3.17. Після засипання приймальних підземних складських бункерів вугіллям
місця їх розташування необхідно позначити чітко видимим покажчиком (рейкою
з прапорцем тощо).
3.18. Перед початком подавання вугілля зі складу через приймальні бункери
необхідно перевірити відсутність утворення склепіння і вжити заходів щодо його
ліквідації.
3.19. Не дозволяється під час подавання палива зі складу бульдозерами
викопувати траншеї завглибшки більше 1,5 м.
Під час роботи у паливному складі необхідно забезпечувати достатню
видимість дороги, якою пересуваються машини, а також фронту робіт і
прилеглих до нього ділянок.
3.20. Під час пересування бульдозера і скреперів відвали і ковші необхідно
підняти у транспортне положення.

3.21. У паливних складах заборонено розводити відкритий вогонь, звільняти
від шлаку топки паровозів, а також залишати без нагляду механізми з
працюючими двигунами, щоб уникнути загорання палива.
3.22. Під час усіх перерв у роботі для огляду й ремонту механізмів і пристроїв
перевантажувача або крана необхідно вимкнути головні тролейні проводи і
рубильники мостового перевантажувача або рубильники крана та інших
механізмів, а рукоятки і маховички пускових апаратів установити в нульове
положення.
Виходити з кабіни перевантажувача, роторно-навантажувальної машини або
крана, не знявши напругу, а також під час грози заборонено.

4.3. Обслуговування паливоподавання
4.1. Під час обслуговування паливоподавання необхідно дотримуватись
вимог «Правил взрывобезопасности топливоподач и установок для
приготовления и сжигания пылевидного топлива», затверджених Міненерго
СРСР 21 серпня 1989 року (далі - НПАОП 40.3-1.05-89).
4.2. У галереях та естакадах стрічкових конвеєрів, вузлах пересипання
основного тракту та тракту подавання палива зі складу, в дробильному корпусі
та в підземній частині розвантажувальних пристроїв у холодну пору року
температура повітря повинна бути не менше +10°C, а у наземній частині
розвантажувальних пристроїв (за винятком будівлі вагоноперекидача та інших
пристроїв з неперервним рухом вагонів) - не менше +5°C.
4.3. Ґрати, що перекривають отвори бункерів сирого вугілля котлоагрегатів,
повинні мати розмір вічок 240 х 240 мм. Якщо ці ґрати є одночасно і ходовими
доріжками, то розмір вічок повинен бути не більше 100х100 мм.
В отворах, що відгороджені коробами, ґрати не встановлюються.
4.4. Для обслуговування конвеєрів необхідно передбачити проходи вздовж і
між паралельно установленими конвеєрами, а також перехідні містки через них,
що відповідають вимогам ГОСТ 12.2.022-80 «ССБТ. Конвейеры. Общие
требования безопасности» (далі - ГОСТ 12.2.022-80).

4.5. Рухомі частини конвеєрів, до яких можливий доступ обслуговуючих
працівників, повинні бути обгороджені відповідно до вимог ГОСТ 12.2.022-80 і
ГОСТ 12.2.062-81 «ССБТ. Оборудование производственное. Ограждения
защитные».
4.6. Механізми паливоподавання необхідно зблокувати таким чином, щоб
зупинення одного з них призводило до зупинення усіх механізмів, що передують
йому (крім дробарок).
Стрічкові конвеєри необхідно обладнати пристроями захисту від
пробуксовування та переповнення пересипних протічок, сигналізацією
сходження стрічок і пристроями аварійного зупинення з будь-якої точки по
довжині стрічки.
4.7. Стрічкові конвеєри та їхні скидальні візки необхідно обладнати
пристроями для очищення стрічок.
Видалення зчищеного палива повинно бути механізовано.
На самохідних скидальних візках маховик їхнього гальма і кнопки керування
повинні бути винесені на один бік.
4.8. Механізми паливоподавання повинні бути ретельно ущільнені.
Аспіраційні та інші пристрої пилопригнічування повинні забезпечувати
чистоту повітря у приміщеннях паливоподавання відповідно до санітарних норм.
Пускати і зупиняти системи знепилювання необхідно одночасно з пуском і
зупиненням конвеєра.
4.9. Про кожний пуск механізмів паливоподавання необхідно повідомляти
через гучномовець і подавати тривалий застережний сигнал, який повинно бути
чути в усіх місцях тракту паливоподавання, де можуть перебувати працівники.
4.10. Не рідше одного разу на місяць шляхом проведення випробувань на
конвеєрах, що працюють, необхідно перевіряти:
тросові і кнопкові аварійні вимикачі;
гальма усіх типів - шляхом зупинення всіх конвеєрів під навантаженням;
пристрої для захисту протічок виходу палива від завалів;
датчики реле сходу стрічки.

Зазначені захисні пристрої необхідно перевіряти також під час приймання
конвеєрів з ремонту.
4.11. Проштовхувати паливо, що застряло в паливній протічці, необхідно
через шурувальні отвори з площадок тільки після зупинення стрічкових
конвеєрів, розташованих над паливною протічкою та під нею. У цьому випадку
стояти перед шурувальним отвором заборонено.
4.12. Очищати підвісні електромагнітні сепаратори вручну дозволяється
тільки після зупинення конвеєра і зняття із сепаратора напруги. Цю роботу
необхідно виконувати в рукавицях.
4.13. Ходити по естакадах, бункерних галереях, розвантажувальних
пристроях та приміщеннях, де установлені конвеєри, дозволяється працівникам,
які обслуговують розміщене там обладнання або зайняті на розвантажуванні
палива. Ходити дозволяється тільки ходовими доріжками.
4.14. Переходити через конвеєри необхідно тільки через перехідні містки.
Не дозволяється перелазити через конвеєри, що працюють, передавати через
них різні предмети, а також підлазити під них або проходити під ними у
необгороджених і не призначених для проходу місцях.
4.15. Під час проведення випробувань пробовідбірників вугілля відбирати
проби вугілля з рухомої стрічки конвеєра дозволяється тільки на спеціально
підготовлених ділянках конвеєра.
Заходи щодо підготовки місць відбирання проб вугілля вручну з рухомої
стрічки конвеєра необхідно зазначати у програмі, яку повинен затверджувати
головний інженер станції, а працівників, які відбирають такі проби, необхідно
проінструктувати щодо заходів безпеки під час виконання цієї роботи.
4.16. Прибирання приміщень паливоподавання необхідно механізувати.
Прибирати приміщення необхідно шляхом змивання водою або використання
пилососів згідно із затвердженим графіком.
До обладнання і місць можливого осідання пилу потрібно забезпечувати
вільний доступ.

Ручне прибирання приміщення тракту паливоподавання під конвеєрами,
натяжними і приводними станціями тощо із застосуванням забірних
повітрошлангів і мітел дозволяється тільки після зупинення конвеєрів і за умови
розібраних електричних схем. Під час виконання цієї роботи на ключах
керування необхідно вивішувати застережні знаки безпеки «Не вмикати!
Працюють люди».
Гідроприбирання дозволяється виконувати без зупинення конвеєрів після
попередження працівників про його початок.
4.17. Очищати рухому стрічку конвеєра вручну заборонено.
4.18. Перед тим, як розпочати ремонт, чищення, змащування та усунення
просковзування стрічки, конвеєр необхідно зупинити, його електричну схему
розібрати - вимкнути розмикачі, зняти запобіжники, а на ключах керування
вивісити застережні знаки безпеки «Не вмикати! Працюють люди».
4.19. Роботу на електричних вулканізаційних апаратах необхідно проводити
у діелектричних рукавицях і калошах та за умови надійного заземлення корпусів
апаратів.
4.20. Перебувати у вагонах і вагонетках, що рухаються естакадами,
вагонетках канатних доріг, а також на рейках естакад заборонено.
4.21. Під час установлення вагона у кліть підіймача його необхідно надійно
закріпити.
Необхідно стежити за чистотою підлоги та рейок кліті.
4.22. Під час проведення робіт у шахтах підіймачів і скіпових ямах підіймач
необхідно зупинити, електричну схему розібрати, а на пускових пристроях
вивісити застережні знаки безпеки «Не вмикати! Працюють люди».
Під час проведення робіт над кліттю її треба обов'язково заклинити.
Знімати знак, що забороняє пуск електродвигуна, дозволяється тільки після
виведення працівників з шахти, прибирання усього інструменту та інвентарю,
звільнення кліті й установлення огороджень на місце.

4.4. Вимоги безпечного обслуговування котельних установок

1. Обслуговування пилоприготувальних установок
1.1. Обслуговування пилоприготувальних установок потрібно проводити
відповідно до вимог НПАОП 40.3-1.05-89 та нормативного акта «Технічна
експлуатація електричних станцій і мереж. Правила», затвердженого наказом
Міністерства палива та енергетики України від 13 червня 2003 року № 296.
1.2. У приміщеннях пилоприготувальних установок необхідно
дотримуватись чистоти, періодично прибирати пил з усіх частин обладнання,
будівельних конструкцій та трубопроводів, а також очищати аспіраційні
установки від пилу.
1.3. Не дозволяється відкривати люки або лази, замінювати діафрагми
вибухових запобіжних клапанів, а також виконувати інші роботи, пов'язані з
порушенням герметичності пилогазоповітряного тракту на елементах системи з
пилогазоповітряною сумішшю (за винятком чищення сіток під циклонами, якщо
конструкція сіток забезпечує безпечне проведення цих робіт).
1.4. У разі виявлення у бункерах сирого вугілля жевріючих відкладень або у
разі підозри у їх наявності ці місця необхідно залити розпиленою водою і вжити
заходів щодо заповнення бункерів паливом і продовження спрацювання з них
палива.
За наявності осередків тління або горіння у бункерах пилу необхідно негайно
припинити всі роботи поблизу бункерів (на бункерній галереї), а працівників, які
не беруть участі у гасінні осередку горіння, вивести на безпечну відстань.
1.5. Забороняється робота пилосистем, якщо з них вибивається запилене
повітря.
1.6. Прибирати пил з-під барабанів і приводів працюючих млинів
заборонено.
1.7. Працювати всередині млинів та інших елементів пилосистем
дозволяється тільки після від’єднання їх від топки, повітропроводів та ліній
пожежогасіння шиберами, заслінками, вентилями або засувками, очищення їх
від пилу і проведення вентиляції.

Перед спуском всередину млинів та інших елементів пилосистем потрібно
перевірити відсутність окису вуглецю і достатність кисню (вміст кисню повинен
бути понад 20 % від об'єму), вжити заходів щодо запобігання помилковому
ввімкненню млина відповідно до вимог глави 11 розділу IV цих Правил і
впевнитись у тому, що незакріплені броньовані плити або випадково затиснені у
верхньому положенні сторонні предмети відсутні.
На котлах, обладнаних для спалювання природного газу, перед спусканням
людей у млин, а також перед початком проведення вогневих робіт поблизу
відкритих люків млинів необхідно перевірити відсутність природного газу в зоні
проведення таких робіт.
1.8. У системах з прямим вдуванням і пиловим бункером із зупиненим
млином між двома вимикальними заслінками гарячого повітря перед млином
повинен бути відкритий в атмосферу клапан.
1.9. Місця проведення ремонтних робіт на ділянках, що знаходяться в зоні
можливого викиду з вибухових клапанів працюючих пилосистем, необхідно
обгороди,ти щільними вогнезахисними щитами та навісами.
1.10. Відкривати люки і лази на зупиненому млині можна за температури
повітря поза ним менше +50°C.
Люки і заслінки відкривати поступово й обережно, стоячи збоку від люка.
Виявлені осередки горіння необхідно погасити розпиленою водою, а паливо
видалити.
Наносити удари по елементах пилосистеми, пилопроводах і повітроводах
заборонено, щоб уникнути завихрення пилу.
1.11. Працівник, який виконує первинний огляд броні барабана млина до
початку проведення ремонту, повинен перебувати біля горловини млина.
1.12. Доступ у барабан млина для огляду броні дозволяється тільки за
відсутності небезпеки обвалювання перших рядів.
Ряди броні необхідно оглядати поступово, попередньо переконавшись у
відсутності небезпеки їх обвалювання. У разі виявлення ненадійно закріплених
броньованих плит огляд припинити і броню обвалити.

1.13. Під час сортування і розвантажування куль з барабана млина за
допомогою пристроїв, установлених безпосередньо на корпусі барабана,
дозволяється перебувати в радіусі не менше 10 м від місця розвантажування
куль.
Працівники, які проводять цю роботу, а також роботи, пов'язані із заміною
броні, повинні взувати валянки або черевики з металевими носами.
1.14. Під час замінювання броні барабана млина, знімання і установлення
зубчастого вінця барабан повинен бути надійно закріплений, щоб уникнути його
самочинного прокручування від втрати балансу, спричиненої установленням
частини броні або однієї половини вінця.
1.15. У разі замінювання броньових плит млинів з барабана повинні бути
обов'язково видалені кулі.
Працювати всередині млина дозволяється тільки за умови проведення
аналізу повітря в ньому на відсутність окису вуглецю і вжиття заходів, що
унеможливлюють помилкове увімкнення млина, відповідно до вимог глави 11
розділу IV цих Правил.
1.16. Під час демонтажу вуглеподавального патрубка отвір, з якого
висипається вугілля, повинен бути закритий знизу заглушкою з металевого листа
завтовшки від 2 до 3 мм.
1.17. Вогневі роботи повинні проводитись тільки на виведеній з роботи
пилоприготувальній установці.
Під час проведення вогневих робіт на обладнанні системи пилоприготування
конструкції й обладнання, що можуть загорітись, в радіусі 5 м повинні бути
очищені від відкладень пилу і надійно захищені металевим екраном, азбестом
або политі водою. Також мають вживатись заходи щодо запобігання розлітанню
іскор, щоб унеможливити їх потрапляння на конструкції, що можуть загорітись,
а також на розташовані внизу площадки та обладнання.
1.18. У момент пуску млина під час його випробування перебувати навпроти
напівмуфт, а також навпроти коробок виводів електродвигунів заборонено.

1.19. Під час ремонту бил молоткових млинів ротор повинен бути
застопорений.
1.20. Оглядати, очищати та ремонтувати живильники палива необхідно з
дотриманням вимог глави 11 розділу IV цих Правил.
Проштовхувати руками паливо в живильниках палива заборонено.
1.21. Під час внутрішнього огляду елементів пилоприготувальної системи, у
тому числі й бункерів, дозволяється користуватись тільки вибухозахищеними
світильниками від мережі напругою до 12 В або акумуляторними світильниками
у вибухозахищеному виконанні.
1.22. Під час ремонту обладнання системи пилоприготування працівники
повинні бути одягнені в суконні костюми й обов'язково використовувати захисні
окуляри та рукавиці.

ВИСНОВКИ
1. Розроблено новий підхід до оцінки можливості використання змішаних
видів палива з вугілля та дрібнодисперсної деревини для спалювання в топках
котельних установок теплових електростанцій.
2. Розроблено методи проведення експериментальних досліджень для
визначення теплотехнічних та енергетичних та екологічних характеристик
змішаних видів палива.
3. Експериментально визначено термічні, енергетичні та екологічні
характеристики змішаних видів палива на основі довгополуменевих, пісних,
бурих вугілля та деревини.
4. Методами комплексного термічного аналізу виявлено основні фактори,
які мають значний вплив на характеристики досліджуваних перспективних
сумішевих палив. Встановлено, що при концентраціях деревини в таких паливах
від 10% до 50% по відношенню до вугілля забезпечується синергетичний ефект,
поліпшується ступінь реакційної здатності, знижуються енергетичні
характеристики з 1,6% до 9%, а зольність знижується на 40%.
5. За результатами хроматографічного аналізу складу газів, що виділяються
при термічному розкладанні змішаних палив на основі вугілля марок Д, Т, 3В, 2В
і деревини, встановлені концентрації сумішей, при яких енергетичні
характеристики змішаних палив можна порівняти з однорідними вугіллями, а
викиди шкідливих речовин в навколишнє середовище значно знижуються.
Наприклад, при співвідношенні компонентів 50% на 50% вміст NO зменшується
на 35,1%, CO2 – на 43,9%, а SO2 – на 57,1%.
6. Встановлено синергетичний ефект спалювання змішаних видів палива на
основі двох вугілля і деревини, що виявляється в значній зміні температурного
діапазону, в якому відбувається термічне розкладання вугілля.

ЛІТЕРАТУРА
1. Alessandro Franco, Ana R. Diaz The future challenges for “clean coal
technologies”: Joining efficiency increase and pollutant emission control.
Dipartimento d’Energetica “L. Poggi”, Università di Pisa, Via Diotisalvi 2, 56126 Pisa,
Italy Received 13 January 2008, Available online 17 November 2008, Volume 34, Issue
3, March 2009, Pages 348–354.
2. Termuehlen H, Empsperger W. Clean and efficient coal fired power plants. New
York: ASME Press; 2003 https://www.asme.org.
3. International Energy Agency. Key world energy statistics 2007. Paris Cedex 15,
France: International Energy Agency (IEA); 2007. See also /http://www. iea.org.
4. BP Statistical Review of World Energy. BP, London, UK, June 2008.
http://www.bp.com.
5. Heinzel T, Siegle V, Spliethoff H, Hein KRG. Investigation of slagging in
pulverized fuel co-combustion of biomass and coal at a pilot-scale test facility // Fuel
Process Technology – 1998. V. 54. – P. 109 – 125.
6. M. Muthuraman A comparative study on cocombustion performance of
municipal solid waste and Indonesian coal with high ash Indian coal: a
thermogravimetric analysis / M. Muthuraman, T. Namioka, K. Yoshikawa // Fuel
Processing Technology. – 2010. V. 91. – P. 550.
7. European Bioenergy Networks, Biomass Co-firing – An Efficient Way to
Reduce Greenhouse Gas Emissions, 2003, http://www.eubionet.vtt.fi.
8. Agnieszka Plis. Furniture wood waste as a potential renewable energy source /
Agnieszka Plis, Michalina Kotyczka-Morańska, Marcin Kopczyński, Grzegorz
Łabojko // Thermal Analysis and Calorimetry. – 2016. V. 125. – P. 1357 – 1371.
9. Van der Stelt MJC Biomass upgrading by torrefaction for the production of
biofuels: a review / Van der Stelt MJC, Gerhauser H, Kiel JHA // Biomass Bioenergy.
– 2011. V. 35. – P. 3748 – 3762.

10. Nunes LJR. A review on torrefied biomass pellets as a sustainable alternative to
coal in power generation / Nunes LJR, Matias JCO, Catalo JPS // Renew Sustain
Energy Rev. – 2014. V. 40. – P. 153 – 160.
11. Robinson A.L. Pilot-scale investigation of the influence of coal-biomass cofiring
on ash deposition / Robinson AL, Junker H, Baxter LL // Energy Fuels. – 2002. V. 16.
– P. 343 – 355.
12. Annamalai K. Co-firing of coal and cattle feedlot biomass (FB) Fuels, Part III:
fouling results from a 500,000 BTU/h pilot plant scale boiler burner / Annamalai K,
Sweeten J, Freeman M, Mathur M, O’Dowd W, Walbert G, et al. // Fuel. – 2003. V. 82.
– P. 1195 – 1200.
13. Turn S.Q. Test results from sugar cane bagasse and high fiber cane co-fired with
fossil fuels / Turn SQ, Jenkins BM, Jakeway LA, Blevins LG, Williams RB, Rubenstein
G, et al. // Biomass Bioenergy. – 2006. V. 30. – P. 565 – 574.
14. Xiao H. Isoconversional kinetic analysis of co-combustion of sewage sludge
with straw and coal / Xiao H., Ma X., Lai Z. // Apply Energy. – 2009. V. 86. – P. 1741
– 1745.
15. Aboulkas A. Pyrolysis kinetics of olive residue/plastic mixtures by non-
isothermal thermogravimetry / Aboulkas A, El harfi K, El bouadili A, Nadifiyine M,
Benchanaa M, Mokhlisse A. // Fuel Process Technology. – 2009. V. 90. – P. 722 – 728.
16. Abreu P. Ash deposition during the co-firing of bituminous coal with pine
sawdust and olive stones in a laboratory furnace / Abreu P., Casaca C., Costa M. // Fuel.
– 2010. V. 89. – P. 4040 – 4048.
17. Sonobe T. Synergies in co-pyrolysis of Thai lignite and corncob / Sonobe T,
Worasuwannarak N, Pipatmanomai S. // Fuel Process Technology. – 2008. V. 89. – P.
1371 – 1378.
18. Kazagic A. Synergy effects of co-firing wooden biomass with Bosnian coal /
Kazagic A., Smajevic I. // Energy. – 2009. V. 34. – P. 699 – 707.

19. Jumoke M. A novel index for the study of synergistic effects during the
coprocessing of coal and biomass / Jumoke M.Oladejo Stephen Adegbite Cheng Heng
Pang Hao Liu Ashak M. Parvez Tao Wu // Elsevier. – 2017. V. 188. – P. 215 – 225.
20. Sami M. Co-firing of coal and biomass fuel blends / Sami M, Annamalai K,
Wooldridge M. // Progress in Energy Combustion Science. – 2001. V. 27. – P. 171 –
214.
21. Frazzitta S. Performance of a burner with coal and coal: manure blends /
Frazzitta S, Annamalai K, Sweeten J. // Propuls Power. – 1999. V. 15. – P. 181 – 186.
22. Van Doorn J. Combined combustion of biomass, municiple sewage sludge and
coal in an atmospheric fluidised bed installation. In: Biomass for energy and the
environment / Van Doorn J, Bruyn P, Vermeij P. // Proceedings of the 9th european
bioenergy conference, vol. 2. Copenhagen (Denmark); 24 – 27 June 1996. p. 1007 –
12.
23. Aerts DJ. Co-firing switchgrass in a 50 MW pulverized coal boiler / Aerts DJ,
Bryden KM, Hoerning JM, Ragland KW. // Proceedings. – 1997. V. 59. – P. 1180 –
1185.
24. Sampson GR. Co-firing of wood chips with coal in interior Alaska / Sampson
GR, Richmond AP., Brewster GA., Gasbarro AF. // For Prod J. – 1991. V. 41. – P. 53 –
56.
25. Fahlstedt I, Lindman E, Lindberg T, Anderson J. Co-firing of biomass and coal
in a pressurized fluidised bed combined cycle. Results of pilot plant studies. In:
Proceedings of the 14th international conference on fluidized bed combustion, vol. 1.
Vancouver (Canada); 1997. P. 295 – 299.
26. Kaer SK, Rosendahl L, Overgaard P. Numerical analysis of co-firing coal and
straw. In: Proceedings of the 4th european CFD conference. Athens (Greece); 7 – 11
September. 1998. P. 1194 – 1199.

27. Christensen J, Jespersen P. Straw-firing tests at Amager and Kyndby power
stations. Biomass for energy and the environment. In: Proceedings of the 9th european
bioenergy conference, vol. 2. Copenhagen (Denmark); 24–27 June. 1996. P. 1013 – 8.
28. Siegel V, Schweitzer B, Spliethoff H, Hein KRG. Preparation and co combustion
of cereals with hard coal in a 500 kW pulverized-fuel test unit. Biomass for energy and
the environment. In: Proceedings of the 9th european bioenergy conference, vol. 2.
Copenhagen (Denmark); 24–27 June. 1996. P. 1027 – 32.
29. Andries J, Verloop M, Hein K. Co-combustion of coal and biomass in a
pressurized bubbling fluidized bed. In: Proceedings of the 14th international
conference on fluidized bed combustion, vol. 1. Vancouver (Canada); 11–14 May.
1997. P. 313 – 20.
30. Ohlsson O. Results of combustion and emissions testing when co-firing blends
of binder-enhanced densified refuse-derived fuel (b-dRDF) pellets and coal in a 440
MWe cyclone fired combustor. Test methodology and results, vol. 1. Subcontract report
no. DE94000283. Argonne (IL): Argonne National Laboratory. 1994. P. 60.
31. L. Xiang-guo Thermogravimetric analysis of the co-combustion of the blends
with high ash coal and waste tyres / L. Xiang-guo, M. Bao-guo, X. Li, H. Zhen-wu, W.
Xin-gang // Thermochimica Acta. – 2006. V. 441. – P. 79.
32. Vamvuka D Possibility of using paper sludge in co-firing applications / Vamvuka
D, Salpigidou N, Kastanaki E, Sfakiotakis S. // Fuel. – 2009. V. 88. – P. 637 – 643.
33. Pis JJ. A study of the selfheating of fresh and oxidized coals b ydifferential
thermal analysis / Pis JJ, de la Puente G, Fuente E, Moran A, Rubiera F. // Thermochim
Acta. – 1996. V. 279. – P. 93 – 101.
34. Rubiera F. Influence of biological desulphurisation on coal combustion
performance / Rubiera F, Moran A, Martinez O, Fuente E, Pis JJ. // Fuel Process
Technology. – 1997. V. 52. – P. 165 – 173.
35. Haykiri – Açma H. Combustion characteristics of different biomass materials /
Energy Conversion and Management. – 2003. V. 44. – P. 155 – 162.

36. Skodras G. Pyrolysis and combustion behavior of coal – MBM blends / Skodras
G, Grammelis P, Basinas P. // Bioresour Technol. – 2007. V. 98. – P. 1 – 8.
37. Chen Wei-Hsin. An evaluation on rice husks and pulverized coal blends using a
drop tube furnace and a thermogravimetric analyzer for application to a blast furnace /
Chen Wei-Hsin,Wu Jheng – Syun // Energy. – 2009. V. 34. – P. 1458 – 1466.
38. Harsono S.S. Energy balances, greenhouse gas emissions and economics of
biochar production from palm oil empty fruit bunches / Harsono S.S., Grundman P.,
Lau L.H., Hansen A., Salleh M.A.M., Meyer-Aurich A. // Resources, Conservation and
Recycling. – 2013. V. 77. – P. 108 – 115.
39. Haykiri-Acma H. Co-combustion of lowrank coal/ waste biomass blends using
dry air or oxygen / Haykiri-Acma H, Yaman S, Kucukbayrak S. // Appl Therm Eng. –
2013. V. 50. – P. 251 – 259.
40. Zakaria Z. Thermal decomposition study of coals, rice husk, rice husk char and
their blends during pyrolysis and combustion via thermogravimetric analysis / Zakaria
Z., Mohd Ishak MA., Abdullah MF., Ismail K. // Int JChem Technol. – 2010. – P. 1 –
10.
41. Kwong Philip CW Co-combustion performance of coal with rice husks and
bamboo / Kwong Philip CW, Chao YH Christopher, Wang JH, Cheung CW, Kendall
Gail. // Atmos Environ. – 2007. V. 41. – P. 7462 – 7472.
42. Philip CW Co-firing coal with rice husk and bamboo and he impact on
particulate matters and associated polycyclic aromatic hydrocarbon emissions / Chao
YH Christopher, Kwong Philip CW, Wang JH, Cheung CW, Kendall Gail. //
Bioresource Technology. – 2008. V. 99. – P. 83 – 93.
43. Haykiri-Acma H. Effect of co-combustion on the burn out of lignite/ biomass
blends: a Turkish case study / Haykiri-Acma H, Yaman S. // Waste Manag. – 2008. V.
28. – P. 2077 – 2084.

44. H.Yaman. Combinations of synergistic interactions and additive behavior during
the co-oxidation of chars from lignite and biomass // Fuel Process Technology. – 2008.
V. 89. – P. 176 – 182.
45. Ulloa CA. Thermogravimetric study of interactions in the pyrolysis of blends of
coal with radiate pine sawdust / Ulloa CA, Gordon AL, Garcia XA. // Fuel Process
Technology. – 2009. V. 90. – P. 583 – 590.
46. Gil MV. Thermal behavior and kinetics of coal/biomass
blendsduringcocombustion / Gil MV, Casal D, PevidaC , Pis JJ, Rubiera F. // Bioresour
Technology. – 2010. V. 101. – P. 5601 – 5608.
47. Zhou L, Wang Y, Huang Q, Cai J. Thermogravimetric characteristics and kinetic
of plastic and biomass blends co-pyrolysis. Fuel Process Technol 2006; 87:963 – 9.
48. Guo – qing LIU, Qing – cai LIU, Xiao qing WANG, Fei MENG, Shan REN,
Zhen – peng JI. Combustion сharacteristics and kinetics of Anthracite blending with
pine sawdust. Journal of iron and steel research, international. 2015, 22(9):812 – 817.
49. Shen DK, Gu S, Luo KH, Bridgwater AV, Fang MX. Kinetic study on thermal
decomposition of woods in oxidative environment. Fuel. – 2009. V. 88. – P. 1024 –
1030.
50. Cumming JW, Mc Laughlin J. The thermogravimetric behavior of coal.
Thermochim Acta. – 1982. V. 58. – P. 253 – 272.
51. International Energy Agency (IEA). Bioenergy Project Development & Biomass
Supply, 2007. Available online: http://www.iea.org
52. Lars Storm Pedersen, Hanne Philbert Nielsen, Wren Kiil, Lone Aslaug Hansen,
Kim Dam-Johansen, Finn Kildsig, Jan Christensen, Peer Jespersen. Full-scale cofiring
of straw and coal. Fuel. – 1996. V. 75. – P. 1584 – 1590.
53. Mehmet Melikoglu. Vision 2023: Status quo and future of biomass and coal for
sustainable energy generation in Turkey. Renewable and Sustainable Energy Reviews
74 (2017) 800 – 808.

54. Giovanni Mainini. Ansaldo Caldaie coal biomass co-firing testing experience.
Firing Systems Manager – Ansaldo Caldaie SpA, Italy 2012.
55. Veijonen, K.; Vainikka, P.; Järvinen, T.; Alakangas, E.; Processes, V. Biomass
CoFiring: An Efficient Way to Reduce Greenhouse Gas Emissions; European
Bioenergy Networks: Espoo, Finland, 2000.
56. Yuanyuan Shao, Jinsheng Wang, Fernando Preto, Jesse Zhu and Chunbao
(Charles) Xu. Ash Deposition in Biomass Combustion or Co-Firing for Power/Heat
Generation // Energies. – 2012. V. 5. – P. 5171 – 5189.
57. Al-Mansour F. An evaluation of biomass co-firing in Europe / Al-Mansour F.,
Zuwala J. // Biomass and Bioenergy . – 2010. V. 34. – P. 620 – 629.
58. APX-ENDEX Successfully Launches the World’s First Exchange for Biomass
Renewable (Press Release), Amsterdam/Brussels/London, 3 November 2011,
Available at. http://www.apxendex.com/index.
59. Kati Veijonen, Pasi Vainikka, Timo Järvinen, Eija Alakangas, VTT Processes.
Biomass co-firing- AN EFFICIENT WAY TO REDUCE GREENHOUSE GAS
EMISSIONS// This publication is produced by the European Bioenergy. Networks
(EUBIONET) under the contract of the European. Commission. EUBIONET promotes
bioenergy utilisation and business opportunities in Europe through events,
publications, meetings, study tours and contacts to key bioenergy organisations in
Europe. http://www.canadiancleanpowercoalition.com
60. Growing Power - Advanced solutions for bioenergy technology from Finland,
Tekes & VTT Processes & Teonsana Oy. Lahti 2002. 34 p.

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets