Анализ влияния теплотехнических характеристик сырья на физико-механические свойства комбинированного брикета

Актуальность. Представлены результаты исследования по определению влияния параметров сырья - влажности и температуры в процессе прессования на физикомеханические свойства полученного комбинированного брикета, состоящего из твердых древесных отходов и отходов ламинированной бумаги (лам.бумага). Приводится анализ топок различной конструкции при сжигании полученных брикетов, содержащих синтетические полимеры. Результаты исследований позволят использовать полученный композиционный материал с максимальной энергетической эффективностью при сжигании его в промышленных энергоустановках.

Целью исследования является определение влияния различных значений влажности и температуры в процессе прессования сырья, на конечные физико-механические параметры комбинированного брикета, такие как плотность и прочность. Проведен анализ величины сжатия брикета при различных композициях сырья и анализ различных топочных конструкций при сжигании полученного топливного брикета.

Методы. В работе были использованы методы: анализ термопластичности и влагопластичности полимерных компонентов используемого сырья в процессе формирования брикета с различными композициями сырья; нормативный метод расчета котлоагрегатов с различными конструкциями топочных устройств для определения основных параметров котла при сжигании комбинированного брикета; построение зависимости величины сжатия брикета в процессе прессования от влажности и температуры при различных композициях сырья.

Результаты. В работе представлены результаты: физико-механических параметров брикета при заданных параметрах влажности и температуры; основных значений теплового расчета котлоагрегата с различными конструкциями топок; величина сжатия сырья в пресс-форме в зависимости от параметров влажности и температуры, а также, от композиции сырья.

Заключение. Полученные результаты позволят использовать комбинированные брикеты из древесных отходов и отходов ламинированной бумаги, с максимальной энергетической, экономической и экологической эффективностью при их сжигании в котельных установках. Полученные комбинированные брикеты имеют высокие физикомеханические параметры при определенных условиях и композициях сырья, что облегчает процесс транспортировки и хранения топлива.

1. Исследование физико-химических характеристик альтернативного топлива, содержащего синтетические полимеры / В. А. Рыжиков, О. А. Ерохина, Э. Л. Аким, П. В. Луканин // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2024. – Т. 26, № 6. – С. 180-194. – DOI 10.30724/1998-9903-2024-26-6-180-194. – EDN WXRKVJ.

2. Сперанская, O., Понизова, O., Цитцер, O., Гурский, Я. Пластик и пластиковые отходы в России: ситуация, проблемы и рекомендации. Международная Сеть по Ликвидации Загрязнителей (International Pollutants Elimination Network), 2021.

3. Plastic Overshoot Day – Report 2024, EA-Earth Action, 2024.

4. Bengtsson A, Bengtsson J, Olsson C, Sedin M, Jedvert K, Theliander H, Sjoholm E (2018) Improved yield of carbon fibres from cellulose and kraft lignin. Holzforschung 72:1007–1016.

5. E. L. Akim, Yu. G. Mandre, and A. A. Pekarets, “Changes in the relaxation state of polymeric components of wood during its high-temperature biorefining,” Khim. Volokna, No. 3, 14–18 (2019).

6. Перспективы технологии совместного сжигания биомассы и угля на объектах энергетики / Е. С. Дремичева, Э. Р. Зверева, Ф. И. Бурганова, Л. О. Зверев // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2021. – Т. 23, № 1. – С. 119-130. – DOI 10.30724/1998-9903-2021-23-1-119-130. – EDN DRPGTC.

7. Detlef P. van Vuuren, Elke Stehfest, David E.H.J. Gernaat, Jonathan C. Doelman, Maarten van den Berg, Mathijs Harmsen, Harmen Sytze de Boer, Lex F. Bouwman, Vassilis Daioglou, Oreane Y. Edelenbosch, Bastien Girod, Tom Kram, Luis Lassaletta, Paul L. Lucas, Hans van Meijl, Christoph Müller, Bas J. van Ruijven, Sietske van der Sluis, Andrzej Tabeau, «Energy, land-use and greenhouse gas emissions trajectories under a green growth paradigm», Global Environmental Change, Volume 42, 2017, Pages 237-250, ISSN 0959-3780.

8. Совместная переработка отходов картонно-бумажной макулатуры, содержащих целлюлозу и синтетические полимеры, и твердых древесных отходов, входящих в состав топливного брикета / В. А. Рыжиков, Э. Л. Аким, О. А. Ерохина, А. А. Пекарец // Проблемы механики целлюлозно-бумажных материалов: Материалы VII Международной научно-технической конференции имени профессора В.И. Комарова, Архангельск, 14–16 сентября 2023 года / Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова». – RUS: Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова, 2023. – С. 65-69.

9. Упруго-релаксационные свойства древесины лиственницы и их роль при получении древесных и древесно-угольных брикетов / А. А. Пекарец, О. А. Ерохина, В. В. Новожилов [и др.] // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. – 2020. – № 1(373). – С. 200-208. – DOI 10.37482/0536-1036-2020-1-200-208. – EDN WVFHPC.

10. Hansen E., Panwar R., Vlosky R. The Global Forest Sector: Changes, Practices and Prospects // NY: CRC Press, Taylor & Francis Group. 2017. P. 462.

11. Forest Products Annual Market Review 2021-2022, UNECE,70 р.; Forest Products Annual Market Review 2019-2020 - Forestry and Timber – UNECE, 82p. ISBN 978-92-1-117257-7.

12. Ежегодный обзор рынка лесных товаров, 2018–2019 годы: Женева: ЕЭК ООН, 2020- 173с. ISBN 978-92-1-004516.

13. Forest Products Annual Market Review 2023-2024, UNECE, 53р. ISBN 978-92-1-003184-4.

14. Луканин П.В., Федорова О.В., Пекарец А.А., Аким Э.Л. Особенности сжигания биотоплива и их взаимосвязь с упруго-релаксационными свойствами исходного сырья и его химическим составом // Матер. VI Междун. научно-технич. конфер. «Проблемы механики целлюлозно-бумажных материалов», 09-11 сентября 2021 г. Архангельск, 2021. С. 383-388.

15. Технология полимерных материалов / А.Ф. Николаев, В.К. Крыжановский, В.В. Бурлов [и др.]. СПб.: Профессия, 2008. 544 с.

16. АО «ЕЭС РОССИИ» Акционерное общество открытого типа всероссийский теплотехнический научно-исследовательский институт (ВТИ). Тепловой расчет котлов. Издание третье, переработанное и дополненное. Санкт-Петербург, 1998.

17. Померанцев, В. В. Топки скоростного горения для древесного топлива [Текст] / канд. техн. наук В. В. Померанцев; М-во тяжелого машиностроения СССР. Главкотлотурбопром. Центр. науч.- исслед. ин-т им. И. И. Ползунова. - Москва; Ленинград: [Ленингр. отд-ние] Машгиза, 1948 (Л.: тип. "Профинтерн"). – 74 с.

18. А.А. Тринченко, А.П. Парамонов. Внедрение низкотемпературного вихревого сжигания для энергетического использования каменных углей // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. 4(231). 2015. – 175с