Порівняльний аналіз кінетичних методів термічного перетворення сумішей вугілля і твердої біомаси

dc.contributor.advisor
dc.contributor.authorДжежулей В. О.
dc.contributor.authorDzhezhulei Valentyn О.
dc.date.accessioned2026-11-11T10:02:16Z
dc.date.issued2026
dc.description.abstractУ 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.
dc.description.abstractengThe article provides a comparative analysis of kinetic methods used to describe thermal conversion of coalsolid biomass fuel blends. Purpose. To compare the applicability of the Starink, Coats–Redfern, and Ozawa–Flynn–Wall methods for determining the kinetic characteristics of such blends based on data from recent thermogravimetric studies. Method. The methodological framework combines systemic, thermokinetic, comparative, calculation-analytical and empirical-synthetic approaches. The empirical basis includes published TGA/DTG studies of blends involving coal, anthracite, coal slime, semi-coke, Salix, bamboo, eucalyptus, pine sawdust and other solid biomass types. Results. The study substantiates that thermal conversion of such blends cannot be adequately described by a single averaged activation energy, because dehydration, volatile release, biomass organic matrix decomposition, coal thermal degradation and char-ash residue burnout partly overlap in different temperature ranges. It is shown that the Starink and Ozawa-FlynnWall methods are suitable for isoconversional analysis of E(α), whereas the Coats-Redfern method is useful for modelbased interpretation of individual stages provided that the integral reaction function g(α) is selected carefully. Using the coal–Salix system as an empirical example, the article summarizes data showing that an increase in biomass content from 0 to 30 % decreases the ignition temperature from 444 to 393 °C and reduces the Coats–Redfern activation energy from 86.94 to 25.38 kJ/mol. An additional verification comparison of published isoconversional estimates for a coal– corn straw blend showed that Eα obtained by the Ozawa–Flynn–Wall method decreases from 126.65 to 81.27 kJ/mol within α = 0.60–0.95. Scientific novelty. A methodological approach to the integrated application of the Starink, Coats– Redfern, and Ozawa–Flynn–Wall methods for analysing the thermal conversion of coal–solid biomass blends has been substantiated. Unlike their isolated application, the proposed approach makes it possible to determine the applicability limits of each method and improve the reliability of interpreting kinetic characteristics at different stages of the thermal conversion process. Practical importance. The practical significance of the study lies in defining the applicability limits of the compared methods for the engineering description of the thermal conversion stages of fuel blends in thermal power engineering calculations.
dc.identifier.citationДжежулей, В. О. Порівняльний аналіз кінетичних методів термічного перетворення сумішей вугілля і твердої біомаси = Comparative analysis of kinetic methods for thermal conversion of coal-solid biomass blends / В. О. Джежулей // Зб. наук. пр. НУК. – Миколаїв : Гельветика, 2026. – № 3 (506). – С. 230–240.
dc.identifier.govdochttps://doi.org/10.15589/znp2026.3(506).25
dc.identifier.issn3154-8245 (Print)
dc.identifier.issn3154-8253 (Online)
dc.identifier.urihttps://eir.nuos.edu.ua/handle/123456789/13908
dc.language.isouk
dc.relation.ispartofseries662.6/.9:536.46:544.4
dc.subjectтермічне перетворення
dc.subjectтермічне розкладання
dc.subjectкінетична модель
dc.subjectвугілля
dc.subjectтверда біомаса
dc.subjectспільне спалювання
dc.subjectпіроліз
dc.subjectтермогравіметричний аналіз
dc.subjectметод Коутса–Редферна
dc.subjectметод Старінка
dc.subjectметод Озави–Флінна–Волла
dc.subjectенергія активації
dc.subjectthermal conversion
dc.subjectthermal decomposition
dc.subjectkinetic model
dc.subjectcoal
dc.subjectsolid biomass
dc.subjectco-combustion
dc.subjectpyrolysis
dc.subjectthermogravimetric analysis
dc.subjectCoats-Redfern method
dc.subjectStarink method
dc.subjectOzawa-Flynn-Wall method
dc.subjectactivation energy
dc.titleПорівняльний аналіз кінетичних методів термічного перетворення сумішей вугілля і твердої біомаси
dc.title.alternativeComparative analysis of kinetic methods for thermal conversion of coal-solid biomass blends
dc.typeСтаття

Files

Original bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
Dzhezhulei Valentyn О.pdf
Size:
915.84 KB
Format:
Adobe Portable Document Format

Collections