Науковий вісник НГУ

Явища та механізми шлакування й корозії при енергетичному використанні вугілля з високим вмістом солей

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №5 2022

Останнє оновлення: 30 жовтня 2022

Опубліковано: 30 листопада -0001

Перегляди: 1900

Authors:

Т.Г.Шендрік, orcid.org/0000-0001-6629-6471, Інститут фізико-органічної хімії і вуглехімії імені Л.М.Литвиненка НАН України, м. Київ, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Н.І.Дунаєвська, orcid.org/0000-0003-3271-8204, Інститут теплоенергетичних технологій НАН України, м. Київ, Україна, е-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

А.І.Фатеєв, orcid.org/0000-0003-4129-3703, Інститут теплоенергетичних технологій НАН України, м. Київ, Україна, е-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

А.К.Царюк, orcid.org/0000-0002-5762-5584, Інститут електрозварювання імені Є.О.Патона НАН України, м. Київ, Україна, е-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

В.П.Єлагін, orcid.org/0000-0002-4335-5130, Інститут електрозварювання імені Є.О.Патона НАН України, м. Київ, Україна, е-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

повний текст / full article

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2022, (5): 012 - 019

https://doi.org/10.33271/nvngu/2022-5/012

Abstract:

Мета. Визначення основних механізмів шлакування й корозії поверхонь нагріву при використанні паливної сировини з високим вмістом лужних і лужноземельних металів. Експериментальне визначення мінеральних фаз зольних залишків спалювання композиційної сировини за участі солоного вугілля та впливу компонентного складу на утворення тугоплавких сполук.

Методика. Критичний аналіз та узагальнення  досягнень щодо розроблених теорій шлакування й корозії поверхонь при спалюванні проблемної вуглецевої сировини (солоного вугілля (СВ), біомаси, деяких відходів тощо). Визначення основних підходів до проблеми використання вугілля, що має високий фактор забруднення. Вибір об’єктів експериментального дослідження композиційної сировини, що включає вугілля різного метаморфізму й солоності. Із використанням рентгенофазового аналізу (РФА) ідентифікація мінералів зольних залишків окремих палив та їх сумішей. Напівкількісний фазовий аналіз дифрактограм із використанням програмного забезпечення MATCH.

Результати. Висвітлені сучасні погляди на причини шлакування й корозійні процеси при спалюванні палива з високим вмістом солей. Визначено, що процес інтенсивного шлакування пов’язаний з певним співвідношенням сполук натрію, кальцію та заліза. Експериментально встановлено склад і особливості мінеральних фаз зольних залишків композиційного палива за участі солоного вугілля. Визначено вплив вмісту компонентів палива на формування певних мінеральних фаз сумішевої золи.

Наукова новизна. Уперше досліджені перспективи використання двокомпонентного сумішевого палива за участі українського солоного вугілля. Виконано аналіз мінералів зольних залишків солоного вугілля та його сумішей. Визначено, що в золі солоного вугілля Богданівського родовища Північного Донбасу основна частина Na перебуває у вигляді сульфатів і силікатів. Уперше встановлено склад і шляхи утворення нових тугоплавких мінеральних сполук у золі, що сформувалася при спалюванні композиційного палива з вугілля різного метаморфізму й солоності.

Практична значимість. На підставі аналізу літературних джерел і проведених досліджень визначена залежність складу золи від мінералів вихідного палива та від співвідношення різних компонентів у суміші. Запропонований підхід має прогнозну силу, оскільки дає можливість передбачати формування основних тугоплавких зольних мінералів. Показана доцільність і перспективність залучення солоного вугілля до паливної бази України як компонента сумішевих палив.

Ключові слова: солоне вугілля, спалювання, шлакування, корозія поверхонь, суміш, мінерали золи

References.

1. Energy Strategy of Ukraine for the period up to 2035 “Security, Energy Efficiency, Competitiveness” (n.d.). Retrieved from https://razumkov.org.ua/uploads/article/2018_Energy_Strategy_2035.pdf.

2. Ivanova, A. V. (2020). High-chlorine coal as a deferred demand product. Geological Journal, 4(373), 34-42. https://doi.org/10.30836/igs.1025-6814.2020.4.206734.

3. Chernyavsky, M. V., Provalov, O. Yu., Kosyachkov, O., & Bestsennyy, I. V. (2021). Scientific bases, experience of production and combustion of coal mixtures at thermal power plants of Ukraine. Procedia Environmental Science Engineering and Management, (8), 23-31.

4. Gavrilov, A. F., & Malkin, B. M. (1980). Pollution and cleaning of heating surfaces of boiler plants. Moscow: Energiya. Retrieved from https://de.ua1lib.org/book/2450607/cee44b.

5. Beletskyy, V. S., Pogidaev, S. D., Kheloufi, A., & Sergeev, P. V. (1998). Perspectives of development salty coals of Ukraine. Donetsk: Don. STU. Retrieved from https://www.donmining.info/2018/11/perspektivyi-osvoeniya-solenyih-ugley-ukrainyi.html.

6. Dunaevska, N. I., Korchevoj, Yu. P., Tuz, V. O., & Neilo, R. V. (2011). Ukraine’s salty coal. State and ways of using. Energy: economics, technology, ecology, (1), 16-22.

7. Ots, A. A. (1977). Processes in steam generators during combustion of shales and Kansk-Achinsk coals. Moscow: Energiya.

8. Cutler, A. J. B., Halstead, W. D., & Laxtone, I. W. (1971). The Role of Chloride in the Corrosion Caused by Flue Gases and Their Deposits. Transactions, Series A, (3), 105-116. https://doi.org/10.1115/1.3445580.

9. Lees, D. G., & Whitehead, M. E. (1983). Microanalysis of Scales and deposits Formed on Corroding Furnace Tubes in Coal Fired Boilers. Corrosion Resistant Materials for Coal Conversion Systems, London – New-York, Conference, 63-86.

10. Niemi, J., Lindberg, D., Engblom, M., & Hupa, M. (2017). Simultaneous melt and vapor induced ash deposit aging mechanisms – Mathematical model and experimental observations. Chemical Engineering Science, (173), 196-207. https://doi.org/10.1016/j.ces.2017.07.041.

11. Ershov, Yu. B., Meshcheryakov, V. G., & Enyakin, Yu. P. (1992). Formation of Hydrogen Chloride in Pulverized Coal Flare During Combustion of Coal with High Content of Chlorine. Thermal Engineering, 39(7), 61-64.

12. Alam, M. T., Dai, B., Wu, X., Hoadley, A., & Zhang, L. (2020). A critical review of ash slagging mechanisms and viscosity measurement for low-rank coal and bio-slags. Frontiers in Energy, 15, 46-67. https://doi.org/10.1007/s11708-020-0807-8.

13. Fateyev, A. I., Shendrik, T. G., Polishchuk, S. S., & Dunayevska, N. I. (2018). The energy technological background of involving salty coals into energy balance of Ukraine. 1. Composition of water extracts and the prospects for their utilization. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (6), 40-47. https://doi.org/10.29202/nvngu/2018/8.

14. Baxter, L. L. (1993). Ash deposition during biomass and coal combustion: a mechanistic approach. Biomass and Bioenergy, 4(2), 85-102. https://doi.org/10.1016/0961-9534(93)90031-X.

15. Zhang, X., Zhang, H., & Na, Y. (2015). Transformation of Sodium during the Ashing of Zhundong Coal. Procedia Engineering, 102, 305-314. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.01.147.

16. Song, G., Qi, X., Yang, S., & Yang, Z. (2018). Investigation of ash deposition and corrosion during circulating fluidized bed combustion of high-sodium, high-chlorine Xinjiang lignite. Fuel. 214, 207-214. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.11.011.

17. Wang, X., Xu, Z., Wei, B., Zhang, L., Tan, H., Yang, T., …, & Duić, N. (2015). The ash deposition mechanism in boilers burning Zhundong coal with high contents of sodium and calcium: A study from ash evaporating to condensing. Applied Thermal Engineering, 80, 150-159. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.01.051.

18. Yu, D., Wu, J., Yu, X., Lei, Y., & Xu, M. (2017). On cofiring as a strategy to mitigate ash deposition during combustion of a high-alkali Xinjiang coal. 8^th Intemational Conference on Clean Coal Technologies, Cagliari, Italy, 8-12, May 2017. Retrieved from https://www.sustainable-carbon.org/workshop/cct-2017.

19. Wu, X., Zhang, X., Yan, K., Chen, N., Zhang, J., Xu, X., …, & Zhang, L. (2016). Ash deposition and slagging behavior of Chinese Xinjiang high-alkali coal in 3 MW_th pilot-scale combustion test. Fuel, 181, 1191-1202. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2016.03.069.

20. Shendrik, T. G., Simonova, V. V., & Dedovets, D. I. (2010). Reasons for furnace ash coolers slagging of CFB boiler Starobashevo HPS at burning anthracite culm and slurry. Ecology and Industry, (3), 64-68.

21. Lebedeva, L. N., Kortsenshtein, N. M., & Samuilov, E. V. (2014). Thermodynamic assessment of the possibility of emission of submicron particles in the process of coal combustion. Thermal Engineering, (61), 911-916. https://doi.org/10.1134/S0040601514120052.

22. Ruan, R., Tan, H., Wang, X., Li, Y., Li, S., Hu, Z., …, & Yang, T. (2018). Characteristics of fine particulate matter formation during combustion of lignite riched in AAEM (alkali and alkaline earth metals) and sulfur. Fuel, 211, 206-213. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.08.114.

23. Wieck-Hansen, K., Overgaard, P., & Larsen, O. H. (2000). Cofiring coal and straw in a 150 MWe power boiler experiences. Biomass and Bioenergy, 19(6), 395-409. https://doi.org/10.1016/S0961-9534(00)00051-9.

24. Baker, D. W. (1975). The Control of High Temperature Fireside Corrosion. CEGB report, 281-302.

25. Weadowcroft, D. B. (1988). An Introduction to Fireside Corrossion Experience in the Central Electricity Generating Board. Materials and Corrosion, (39), 45-48. https://doi.org/10.1002/maco.19880390203.

26. Brencker, H., & Swoboda, E. (1985). Problem bei der Verfenerung sairhalltinger Braun kohlen [in German]. VGB Kraftwerkstechnik, (5), 487-498.

27. Gluskoter, H. J., & Rees, O. W. (1964). Chlorine in Illinois coal. Illinois State Geological Survey Circular, 372. Retrieved from https://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.579.79&rep=rep1&type=pdf.

28. Krause, H. H. (1986). High Temperature Corrosion Problems in Waste Inceneration Systems. Journal Materials for Energy Systems, (7), 322-332. https://doi.org/10.1007/BF02833571.

29. Shendrik, T., Dunayevska, N., Tsaryuk, A., Yelahin, V., & Fa­teyev, A. (2020). Experimental development of approaches to reduce the slagging and corrosive activity of salty coal. Eastern European Magazine of Advanced Technologies, 6(108), 124-133. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.217585.

30. Zhang, J.-L., & Hong, G.-Y. (2017). Nonstoichiometric Compounds. In R. Xu, & Y. Xu (Eds.). Modern Inorganic Synthetic Chemistry, (pp. 329-354). https://doi.org/10.1016/B978-0-444-63591-4.00013-6.

31. Wei, B., Wang, X., Tan, H., Zhang, L., Wang, Y., & Wang, Z. (2016). Effect of silicon–aluminum additives on ash fusion and ash mineral conversion of Xinjiang high-sodium coal. Fuel, 181, 1224-1229. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2016.02.072.

32. George, S. M., Haycock, P. W., & Ormerod, R. M. (2018). The Mechanism of Corrosion of Aluminium Zirconium Silicate (AZS) material in the Float Glass Furnace Regenerator. Journal of The European Ceramic Society, 38(4), 2202-2209. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2017.12.006.

33. Fateiev, A. I., Krut, O. A., Dunaievska, N. I., & Nekhamin, M. M. (2016). Method of salty coal enrichment. Ukrainian Patent No. 116778 UA.

• < Попередня
• Наступна >