probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2026-28-4-139-148probener-4004Research ArticleЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И КОМПЛЕКСЫENERGY SYSTEMS AND COMPLEXESПовышение надежности работы кипящего слоя при сжигании осадка сточных вод и кородревесного топливаIncreasing the reliability of fluidized bed operation during the combustion of sewage sludge and bark wood fuelhttps://orcid.org/0009-0005-1737-1881ТерехинА. П.TerekhinA. P.

Терехин Алексей Павлович – младший научный сотрудник

г. Архангельск

Alexey P. Terekhin

Arkhangelsk

Terehin.a@edu.narfu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3880-8289МарьяндышевП. А.MaryandyshevP. A.

Марьяндышев Павел Андреевич – д-р техн. наук, доцент, первый проректор по стратегическому развитию и науке

г. Архангельск

Pavel A. Maryandyshev

Arkhangelsk

p.marjyandishev@narfu.ruСеверный (Арктический) Федеральный Университет им. М.В. ЛомоносоваРоссияNorthern (Arctic) Federal University named after M.V. LomonosovRussian Federation202615092026284139148Copyright © Терехин А.П., Марьяндышев П.А., 20262026Терехин А.П., Марьяндышев П.А.Terekhin A.P., Maryandyshev P.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/4004АКТУАЛЬНОСТЬ

АКТУАЛЬНОСТЬ: Актуальность исследования заключается в разработке технических мероприятий для увеличения надежности (длительности) работы материала кипящего слоя при сжигании осадка сточных вод и кородревесного топлива.

ЦЕЛЬ

ЦЕЛЬ: рассмотреть основную проблему (агломерацию кипящего слоя), влияющую на надежность и длительность работы котлоагрегата с кипящим слоем Е-75-3,9-440 ДФТ. Провести испытания режимных мероприятий, направленных на увеличение надежности и длительности работы котлоагрегата с кипящим слоем Е-75-3,9-440 ДФТ.

МЕТОДЫ

МЕТОДЫ: Пробы донной золы и агломератов отбирались на протяжении всего периода эксплуатации кипящего слоя. Отбор проб кородревесного топлива и осадка сточных вод производился с тракта топливоподачи котельного агрегата Е-75-3,9-440 ДФТ. При подготовке проб использовались шаровая барабанная мельница РМ 200 фирмы Retzsch и ситовый анализатор Retzsch AS 200 Control. Элементный анализ кородревесного топлива, осадка сточных вод и донной золы проведен методом рентгенофлуоресцентной спектроскопии на спектрометре EDX-8000. Испытания режимных мероприятий проводились на протяжении всего срока эксплуатации материала слоя до его полной замены.

РЕЗУЛЬТАТЫ

РЕЗУЛЬТАТЫ: Результаты исследований показали, что в процессе сжигания в материале кипящего слоя накапливаются щелочные соединения интенсифицирующие процессы агломерации. Режимные мероприятия такие как увеличение скорости ожижения слоя и снижение температуры слоя увеличивают срок службы материала слоя, однако не позволяют полностью исключить процесс агломерации.

THE PURPOSE

THE PURPOSE: The relevance of the research lies in the development of technical measures to increase the reliability (duration) of the fluidized bed material during the combustion of sewage sludge and crusty wood fuel.

PURPOSE

PURPOSE: To consider the main problem (fluidized bed agglomeration) affecting the reliability and duration of operation of a fluidized bed boiler. Е -75-3,9-440 DFT. To test routine measures aimed at increasing the reliability and duration of operation of the fluidized bed boiler E-75-3,9-440 DFT.

METHODS

METHODS: Samples of bottom ash and agglomerates were taken throughout the entire period of operation of the fluidized bed. The sampling of crusty wood fuel and sewage sludge was carried out from the fuel supply path of the boiler unit E-75-3,9-440 DFT. A Retzsch RM 200 ball drum mill and a Retzsch AS 200 Control sieve analyzer were used in sample preparation. The elemental analysis of crusty wood fuel, sewage sludge and bottom ash was carried out using X-ray fluorescence spectroscopy on an EDX-8000 spectrometer. Tests of routine measures were carried out throughout the entire service life of the bed material until it was completely replaced. results: The research results have shown that during combustion, alkaline compounds accumulate in the fluidized bed material, intensifying agglomeration processes. Routine measures such as increasing the rate of liquefaction of the layer and lowering the temperature of the bed increase the service life of the layer material, but do not exclude the agglomeration process.

кипящий слойагломерацияматериал слоядонная золапервичный воздухтемпература слоякалийfluidized bedagglomerationbed materialbottom ashprimary airbed temperaturepotassiumИсследование, приведшее к этим результатам, финансировалось за счет средств Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, проект № FSRU-2024-0007. Авторы выражают признательность АО “Архангельский ЦБК” за помощь в исследовании проблемы агломерации слоя парового котла Е-75-3,9-440 ДФТ.The Ministry of Science funded Research that led to these results and Higher Education of the Russian Federation, project № FSRU-2024-0007. The authors express their gratitude to Arkhangelsk Pulp and Paper Mill JSC for their help in researching the bed agglomeration problem of the steam boiler E-75-3,9-440 DFT.ReferencesДемин А.В., Демина Г.В. Влияние состава генераторного газа на выбросы загрязняющих веществ. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2026;28(1):131-140. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2026-28-1-131-140.Demin A.V., Demina G.V. The influence of generator gas composition on pollutant emissions. Power engineering: research, equipment, technology. 2026;28(1):131-140. (In Russ.) https://doi.org/10.30724/1998-9903-2026-28-1-131-140.Зверева Э.Р., Мингалеева Г.Р., Валиуллин Б.Р., Зверев Л.О., Липатов М.С. Исследование реологических свойств композиционных суспензионных топлив. Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2023;25(1):143-153. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2023-25-1-143-153.Zvereva E.R., Mingaleeva G.R., Valiullin B.R., Zverev L.O., Lipatov M.S. Investigation of rheological properties of composite suspension fuels. Power engineering: research, equipment, technology. 2023;25(1):143-153. (In Russ.) https://doi.org/10.30724/1998-9903-2023-25-1-143-153.Terekhin, A. P., Maryandyshev, P. A., & Brillard, A. (2026). Operation factors influencing bed agglomeration in an industrial fluidized bed boiler. Fuel, 425, 139421. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.fuel.2026.139421.Terekhin, A. P., Maryandyshev, P. A., & Brillard, A. (2026). Operation factors influencing bed agglomeration in an industrial fluidized bed boiler. Fuel, 425, 139421. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.fuel.2026.139421..Sofán-Germán, S. J., Doria-Oviedo, M. E., & Rhenals-Julio, J. D. (2025). Mechanical and energy assessment of hybrid biofuels: Integrating agro-industrial coconut and rice husk biomass with mineral coal for sustainable energy in Córdoba, Colombia. South African Journal of Chemical Engineering, 52, 303–310. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.sajce.2025.03.010.Sofán-Germán, S. J., Doria-Oviedo, M. E., & Rhenals-Julio, J. D. (2025). Mechanical and energy assessment of hybrid biofuels: Integrating agro-industrial coconut and rice husk biomass with mineral coal for sustainable energy in Córdoba, Colombia. South African Journal of Chemical Engineering, 52, 303–310. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.sajce.2025.03.010Dalbanjan, N. P., Korgaonkar, K., Kadapure, A. J., Halladamani, S. B., Ramangouda, G., & Kumar S. K, P. (2025). Green energy from waste: Evaluating the sustainability of anaerobic biofuel technologies. The Microbe, 7, 100410. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.microb.2025.100410.Dalbanjan, N. P., Korgaonkar, K., Kadapure, A. J., Halladamani, S. B., Ramangouda, G., & Kumar S. K, P. (2025). Green energy from waste: Evaluating the sustainability of anaerobic biofuel technologies. The Microbe, 7, 100410. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.microb.2025.100410.Sapariya, D. D., Patdiwala, U., Makwana, J., Dhass, A. D., Makwana, J., Patel, D., Parikh, R., Abidi, M. H., Saeed, K., & Alkhalefah, H. (2026). Waste to energy: performance evaluation of a bubbling fluidized bed gasifier using biomass blends and facemask. Thermal Science and Engineering Progress, 69, 104470. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.tsep.2025.104470.Sapariya, D. D., Patdiwala, U., Makwana, J., Dhass, A. D., Makwana, J., Patel, D., Parikh, R., Abidi, M. H., Saeed, K., & Alkhalefah, H. (2026). Waste to energy: performance evaluation of a bubbling fluidized bed gasifier using biomass blends and facemask. Thermal Science and Engineering Progress, 69, 104470. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.tsep.2025.104470.Nicolucci, E., Palone, O., Wu, S., Xiao, R., Markides, C. N., & Borello, D. (2026). From waste to wealth: Can fluidized-bed gasification transform industrial practices? Applied Thermal Engineering, 286, 129246. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2025.129246.Nicolucci, E., Palone, O., Wu, S., Xiao, R., Markides, C. N., & Borello, D. (2026). From waste to wealth: Can fluidized-bed gasification transform industrial practices? Applied Thermal Engineering, 286, 129246. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2025.129246Shabanian, J., Sauriol, P., & Chaouki, J. (2017). A simple and robust approach for early detection of defluidization. Chemical Engineering Journal, 313, 144–156. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.cej.2016.12.002.Shabanian, J., Sauriol, P., & Chaouki, J. (2017). A simple and robust approach for early detection of defluidization. Chemical Engineering Journal, 313, 144–156. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.cej.2016.12.002.Nascimento, F. R. M., González, A. M., Silva Lora, E. E., Ratner, A., Escobar Palacio, J. C., & Reinaldo, R. (2021). Bench-scale bubbling fluidized bed systems around the world - Bed agglomeration and collapse: A comprehensive review. International Journal of Hydrogen Energy, 46(36), 18740–18766. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.03.036.Nascimento, F. R. M., González, A. M., Silva Lora, E. E., Ratner, A., Escobar Palacio, J. C., & Reinaldo, R. (2021). Bench-scale bubbling fluidized bed systems around the world - Bed agglomeration and collapse: A comprehensive review. International Journal of Hydrogen Energy, 46(36), 18740–18766. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.03.036.Sevonius, C., Yrjas, P., Lindberg, D., & Hupa, L. (2020). Agglomeration tendency of a fluidized bed during addition of different phosphate compounds. Fuel, 268, 117300. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.117300.Sevonius, C., Yrjas, P., Lindberg, D., & Hupa, L. (2020). Agglomeration tendency of a fluidized bed during addition of different phosphate compounds. Fuel, 268, 117300. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.117300.Liu, Z., Li, J., Long, X., & Lu, X. (2022). Mechanisms and characteristics of ash layer formation on bed particles during circulating fluidized bed combustion of Zhundong lignite. Energy, 245, 123313. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.123313.Liu, Z., Li, J., Long, X., & Lu, X. (2022). Mechanisms and characteristics of ash layer formation on bed particles during circulating fluidized bed combustion of Zhundong lignite. Energy, 245, 123313. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.123313.Kuba, M., Skoglund, N., Öhman, M., & Hofbauer, H. (2021). A review on bed material particle layer formation and its positive influence on the performance of thermo-chemical biomass conversion in fluidized beds. Fuel, 291, 120214. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.120214.Kuba, M., Skoglund, N., Öhman, M., & Hofbauer, H. (2021). A review on bed material particle layer formation and its positive influence on the performance of thermo-chemical biomass conversion in fluidized beds. Fuel, 291, 120214. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.120214.Long, X., Li, J., Wu, Q., Lu, X., Zhang, Y., Li, D., Jeon, C.-H., & Zhang, D. (2024). Inhibiting agglomeration of bed particles in CFB burning high-alkali fuel: Experiment, mechanisms and criteria for recirculating bottom ash or selecting alternative bed materials. Energy, 289, 130026. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.130026.Long, X., Li, J., Wu, Q., Lu, X., Zhang, Y., Li, D., Jeon, C.-H., & Zhang, D. (2024). Inhibiting agglomeration of bed particles in CFB burning high-alkali fuel: Experiment, mechanisms and criteria for recirculating bottom ash or selecting alternative bed materials. Energy, 289, 130026. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.130026.Терехин А.П., Марьяндышев П.А. Проблемы энергетического использования осадка сточных вод в котлоагрегате с кипящим слоем Е-75-3,9-440 ДФТ // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2025. Т. 27. № 5. С. 106-117. doi: 10.30724/1998-9903-2025-27-5-106-117.Terekhin A.P., Maryandyshev P.A. Problems of sewage sludge energy utilization in a fluidized bed boiler E-75-3,9-440 DFT. Power engineering: research, equipment, technology. 2025;27(5):106-117. (In Russ.) https://doi.org/10.30724/1998-9903-2025-27-5-106-117.Morris, J. D., Daood, S. S., Chilton, S., & Nimmo, W. (2018). Mechanisms and mitigation of agglomeration during fluidized bed combustion of biomass: A review. Fuel, 230, 452–473. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.04.098.Morris, J. D., Daood, S. S., Chilton, S., & Nimmo, W. (2018). Mechanisms and mitigation of agglomeration during fluidized bed combustion of biomass: A review. Fuel, 230, 452–473. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.04.098.Gao, W., Chen, H., Liao, Y., Wu, Y., Zhu, H., Zhang, H., Weng, J., Guo, X., Hu, X., Lin, X., Karnowo, & Zhang, S. (2025). Experimental and numerical investigation on effect of fluidization degree and temperature on bed agglomeration during bioslurry fast pyrolysis in a fluidized bed. Fuel Processing Technology, 273, 108229. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2025.108229.Gao, W., Chen, H., Liao, Y., Wu, Y., Zhu, H., Zhang, H., Weng, J., Guo, X., Hu, X., Lin, X., Karnowo, & Zhang, S. (2025). Experimental and numerical investigation on effect of fluidization degree and temperature on bed agglomeration during bioslurry fast pyrolysis in a fluidized bed. Fuel Processing Technology, 273, 108229. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2025.108229.Результаты испытания оливинового песка как наполнителя топки с кипящим слоем при сжигании лузги подсолнечника / О. Ю. Милованов, Д. В. Климов, С. Н. Кузьмин [и др.] // Теплоэнергетика. – 2024. – № 9. – С. 28-35. – DOI 10.56304/S004036362470019X. – EDN BUAXMO.Milovanov, O.Y., Klimov, D.V., Kuzmin, S.N. et al. Results of Testing Olivine Sand As a Filler for a Furnisher with a Fluidized Bed When Burning Sunflower Husks. Therm. Eng. 71, 734–740 (2024). https://doi.org/10.1134/S0040601524700265.Исследование влияния различных факторов на изменение концентрации щелочных элементов, вызывающих агломерацию слоя / Г. А. Рябов, О. М. Фоломеев, О. А. Смирнова, Д. С. Литун // Теплоэнергетика. – 2021. – № 1. – С. 85-94. – DOI 10.1134/S0040363621010173. – EDN XVYYEA.Ryabov, G.A., Folomeev, O.M., Smirnova, O.A. et al. A Study into the Influence of Different Factors on the Behavior of Alkaline Element Concentrations that Cause Bed Agglomeration. Therm. Eng. 68, 72–81 (2021). https://doi.org/10.1134/S0040601521010171..Furuvik, N. C. I. S., Wang, L., Jaiswal, R., Thapa, R., Eikeland, M. S., & Moldestad, B. M. E. (2022). Experimental study and SEM-EDS analysis of agglomerates from gasification of biomass in fluidized beds. Energy, 252, 124034. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.124034.Furuvik, N. C. I. S., Wang, L., Jaiswal, R., Thapa, R., Eikeland, M. S., & Moldestad, B. M. E. (2022). Experimental study and SEM-EDS analysis of agglomerates from gasification of biomass in fluidized beds. Energy, 252, 124034. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.124034.7 Thy, P., Jenkins, B. M., Williams, R. B., Lesher, C. E., & Bakker, R. R. (2010). Bed agglomeration in fluidized combustor fueled by wood and rice straw blends. Fuel Processing Technology, 91(11), 1464–1485. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2010.05.024.7 Thy, P., Jenkins, B. M., Williams, R. B., Lesher, C. E., & Bakker, R. R. (2010). Bed agglomeration in fluidized combustor fueled by wood and rice straw blends. Fuel Processing Technology, 91(11), 1464–1485. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2010.05.024.Баскаков, А. П. Расчет аппаратов кипящего слоя / А. П. Баскаков, Б. П. Лукачевский, И. П. Мухленов и др. — Ленинград: Химия, 1986. — 352 с.Baskakov, A. P. Calculation of fluidized bed apparatuses / A. P. Baskakov, B. P. Lukachevsky, I. P. Mukhlenov et al. Leningrad: Khimiya Publ., 1986. 352 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.