Порівняльний аналіз кінетичних методів термічного перетворення сумішей вугілля і твердої біомаси

Abstract

У статті виконано порівняльний аналіз кінетичних методів, що застосовуються для опису термічного перетворення паливних сумішей вугілля і твердої біомаси. Мета. Зіставлення можливостей методів Старінка, Коутса–Редферна та Озави–Флінна–Волла для визначення кінетичних характеристик таких сумішей за даними сучасних термогравіметричних досліджень. Методика. Методологічну основу становить поєднання системного, термокінетичного, порівняльного, розрахунково-аналітичного та емпірично-узагальнювального підходів. Емпіричну базу сформовано за опублікованими ТГА/ДТГ-дослідженнями сумішей вугілля, антрациту, вугільного шламу, напівкоксу, вербової біомаси (Salix spp.), бамбука, евкаліпта, соснової тирси та інших видів твердої біомаси. Результати. Обґрунтовано, що термічне перетворення таких сумішей не може коректно описуватися одним усередненим значенням енергії активації, оскільки дегідратація, вихід летких речовин, розкладання органічної матриці біомаси, термічна деструкція вугілля та вигоряння коксозольного залишку частково накладаються в різних температурних інтервалах. Показано, що методи Старінка та Озави–Флінна–Волла доцільні для ізоконверсійного аналізу залежності E(α), тоді як метод Коутса–Редферна придатний для модельної інтерпретації окремих стадій за обґрунтованого вибору інтегральної функції g(α). На прикладі системи «вугілля + вербова біомаса (Salix)» узагальнено дані за якими збільшення частки біомаси від 0 до 30 % знижує темпера туру займання з 444 до 393 °C, а енергію активації за методом Коутса–Редферна – з 86,94 до 25,38 кДж/моль. Додаткове контрольне зіставлення ізоконверсійних оцінок для суміші вугілля і кукурудзяної соломи показало зміну Eα за методом Озави–Флінна–Волла зі 126,65 до 81,27 кДж/моль у діапазоні α = 0,60–0,95. Наукова новизна. Обґрунтовано методичний підхід до комплексного застосування методів Старінка, Коутса–Редферна та Озави–Флінна–Волла для аналізу термічного перетворення сумішей вугілля і твердої біомаси, що на відміну від їх ізольованого використання, дає змогу визначити межі застосування кожного методу та підвищити достовірність інтерпретації кінетичних характеристик на різних стадіях процесу. Практична значимість. Практична значимість статті полягає у визначенні меж застосування порівнюваних методів для інженерного опису стадій термічного перетворення паливних сумішей у теплоенергетичних розрахунках.