Оценка эффективности горения твердых коммунальных отходов в топке котла мощностью 1 МВт с колосниковой решеткой
Ключевые слова:
эффективность горения, горение, ТКО, топка, котел малой мощности, промышленные испытания, численная модельАннотация
В работе проведена оценка эффективности горения и обеспечения полного сгорания горючих веществ в газовой фазе и снижение объема вредных выбросов при сжигании неоднородного твердого топлива в топках печей и котлов малой мощности за счет организации рациональной структуры газового потока в топке и дожига несгоревших соединений и загрязняющих веществ после нее. Предложены критерии оценки эффективности горения топлива в топках котлов: доля несгоревших горючих веществ топлива; коэффициент полезного действия (КПД) топки; обобщённый критерий выбросов, отнесенные к единице выделенной при сгорании теплоты; минимальное время нахождения продуктов горения в расчетной области после завершения горения. Приведены результаты экспериментальных и численных исследований горения высушенных до влажности 10% твердых коммунальных отходов в промышленном котле КВМ-1,0 мощностью 1 МВт. Сделан вывод, что полное сгорание топлива и дожиг загрязняющих веществ возможен только при вертикальном потоке газа, позволяющем избегать резкого изменения направления движения газового потока. Результаты работы позволяют оценить необходимые размеры топки и дополнительного газохода, обеспечивающие условия полного сгорания топлива и дожига вредных веществ.
Библиографические ссылки
[ГОСТ Р 7.0.5–2008]
1. Household solid waste combustion with wood increases particulate trace metal and lung deposited surface area emissions / H. Timonen, F. Mylläri, P. Simonen [et al.] // Journal of Environmental Management. – 2021. – Vol. 293. – P. 112793.
DOI: http://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.112793.
2. Тугов А.Н. Энергетическая утилизация ТКО: Мировой и отечественный опыт (обзор) / А.Н. Тугов // Теплоэнергетика. – 2022. – Vol. 12. – № 12. – C. 5-22.
EDN: TMRTIC (https://elibrary.ru/tmrtic), QCUADI (https://elibrary.ru/qcuadi).
DOI: https://doi.org/10.56304/S0040363622120098.
3. Dangerous substances in waste: Technical report No 38 / J. Schmid, A. Elser, R. Ströbel, М.Crowe. – Copenhagen: European Environment Agency, 2000. – 50 p.
4. Modeling of the biomass combustion on a forward acting grate using XDEM. / A.H. Mahmoudi, X. Besseron, F. Hoffmann [et al.] // Chemical Engineering Science. – 2016. – Vol. 142. – P. 32-41.
DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ces.2015.11.015.
5. Demirbas A. Potential applications of renewable energy sources, biomass combustion problems in boiler power systems and combustion related environmental issues // Progress in Energy and Combustion Science. – 2005. – Vol. 31, № 2. – P. 171-192.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.pecs.2005.02.002.
6. Trojanowski R., Fthenakis V. Nanoparticle emissions from residential wood combustion: A critical literature review, characterization, and recommendations // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2019. – Vol. 103. – P. 515-528.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.pecs.2005.02.002.
7. Waste-to-energy plants are a small but stable source of electricity in the United States [Сайт]: Washington: U.S. Energy Information Administration (EIA) [March 21, 2023]. URL: https://www.eia.gov/todayinenergy/detail.php?id=55900 (дата обращения: 10.06.2025).
8. Ефремов А.А., Дудолин А.Н. Анализ зарубежного опыта в части построения энергетической структуры ТЭС на твердых коммунальных отходах // Вестник КГЭУ. – 2021. – №2 (50). – С. 3-14.
EDN: FYMFZJ (https://elibrary.ru/fymfzj).
9. Jbara A.A. Environmental and Health Impacts Resulting From Burning Solid Waste Near Residential Areas in Diyala Governorate, Iraq / Academia Open. – 2024. – Vol. 9, No. 2. – P. 10088.
DOI: https://doi.org/10.21070/acopen.9.2024.10088.
10. Численность населения Российской Федерации по муниципальным образованиям на 1 января 2024 года (Статистический бюллетень) [Электронный ресурс]. – М.: Россстат, 2024. URL: http://ssl.rosstat.gov.ru/storage/mediabank/BUL_MO_2024.xlsx (дата обращения 01.06.2025 г.)
11. Трембовля В.И., Фигнер Е.Д., Авдеева А.А. Теплотехнические испытания котельных установок. – М. : Энергоатомиздат, 1991. – 416 c.
12. Равич М.Б. Эффективность использования топлива. – М.: Наука, 1977. – 344 c.
13. Методика определения выбросов при сжигании топлива в котлах производительностью менее 30 т пара или 20 Гкал / Разр. НИИАтмосфера. М.: Интеграл, 1999.
14. Расчет выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от установок малой производительности по термической переработке твердых бытовых отходов и промотходов / Разр. ВНИИГАЗа. М.: Газпром, 1998.
15. Ахмед А.А., Трубаев П.А. Выбор конструкции газохода для дожига вредных веществ в котлах малой мощности, сжигающих RDF-топливо // Энергобезопасность и энергосбережение. – 2025. – № 2. С. 17-26.
EDN: OQCFXL (https://elibrary.ru/oqcfxl).
16. Левин Б.B. Использование твердых бытовых отходов в системах энергоснабжения. – М.: Энергоиздат, 1982. – 224 c.
17. Ahmed A.A., Trubaev P.A., Ramazanov R.S. CFD Modelling and Optimization of Solid Waste Combustion in a1 MW Fixed Bed Combustion Chamber // Journal of Advanced Research in Numerical Heat Transfer. – 2024. – Vol. 23, Issue 1. – P. 66-87.
DOI: https://doi.org/10.37934/arnht.23.1.6687.
[References, APA (7th ed.)]
1. Timonen, H., Mylläri, F., Simonen, P., Aurela, M., Maasikmets, M., Bloss, M., Kupri, H.-L., Vainumäe, K., Lepistö, T., Salo, L., Niemelä, V., Seppälä, S., Jalava, P.I., Teinemaa, E., Saarikoski, S., & Rönkkö, T. (2021). Household solid waste combustion with wood increases particulate trace metal and lung deposited surface area emissions. Journal of Environmental Management, 293, 112793. http://dx.doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.112793
2. Tugov, A. N. (2022). Municipal solid wastes-to-energy conversion: global and domestic experience (review). Thermal engineering, 69(12), 909-924. https://doi.org/10.1134/s0040601522120084
3. Schmid, J., Elser, A., Ströbel, R., & Crowe, М. (2000). Dangerous substances in waste: Technical report No 38. European Environment Agency.
4. Mahmoudi, A. H., Besseron, X., Hoffmann, F., Markovic, M., & Peters, B. (2016). Modeling of the biomass combustion on a forward acting grate using XDEM. Chemical Engineering Science, 142, 32-41. https://doi.org/10.1016/j.ces.2015.11.015
5. Demirbas, A. (2005). Potential applications of renewable energy sources, biomass combustion problems in boiler power systems and combustion related environmental issues. Progress in Energy and Combustion Science, 31(2), 171-192. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2005.02.002
6. Trojanowski, R., & Fthenakis, V. (2019). Nanoparticle emissions from residential wood combustion: A critical literature review, characterization, and recommendations. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 103, 515-528. https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.01.007
7. EIA (March 21, 2023). Waste-to-energy plants are a small but stable source of electricity in the United States. U.S. Energy Information Administration (EIA). Retrieved June 10, 2025, from https://www.eia.gov/todayinenergy/detail.php?id=55900
8. Efremov, A., & Dudolin, A. (2021). Ananysis of foreign experience in the energy structure of WTE Plant. Vestnik KGEU, 2(50), 3-14. [In Russian]
9. Jbara, A. A. (2024). Environmental and Health Impacts Resulting From Burning Solid Waste Near Residential Areas in Diyala Governorate, Iraq. Academia Open, 9(2), 10088. https://doi.org/10.21070/acopen.9.2024.10088
10. Rosstat. (2024). Chislennost' naseleniya Rossijskoj Federacii po municipal'nym obrazovaniyam na 1 yanvarya 2024 goda (Statisticheskij byulleten') [Population of the Russian Federation by municipalities as of January 1, 2024 (Statistical Bulletin)]. Retrieved June 01, 2025, from http://ssl.rosstat.gov.ru/storage/mediabank/BUL_MO_2024.xlsx [In Russian]
11. Trembovlia, V. I., Figner, E. D., & Avdeeva, A. A. (1991). Teplotexnicheskie ispy`taniya kotel`ny`x ustanovok [Thermal testing of boiler installations]. E`nergoatomizdat. [In Russian]
12. Ravich, M. B. (1977). E`ffektivnost` ispol`zovaniya topliva [Fuel efficiency]. Nauka. [In Russian]
13. NIIAtmosfera. (1999). Metodika opredeleniya vy`brosov pri szhiganii topliva v kotlax proizvoditel`nost`yu menee 30 t para ili 20 Gkal [Methodology for determining emissions from fuel combustion in boilers with a capacity of less than 30 tons of steam or 20 Gcal]. Integral. [In Russian]
14. VNIIGAZ. (1998). Raschet vy`brosov zagryaznyayushhix veshhestv v atmosferu ot ustanovok maloj proizvoditel`nosti po termicheskoj pererabotke tverdy`x by`tovy`x otxodov i promotxodov [Calculation of emissions of pollutants into the atmosphere from low-capacity installations for thermal processing of solid municipal waste and industrial waste]. Gazprom. [In Russian]
15. Ahmed, A. A., & Trubaev, P. A. (2025). Selection of gas duct design for afterburning of harmful substances in small capacity RDF boilers. Energy safety and energy economy, 2, 17-26. [In Russian]
16. Levin, B. B. (1982). Ispol`zovanie tverdy`x by`tovy`x otxodov v sistemax e`nergosnabzheniya [Use of municipal solid waste in energy supply systems]. E`nergoizdat. [In Russian]
17. Ahmed, A. A., Trubaev, P. A., & Ramazanov, R. S. (2024). CFD Modelling and Optimization of Solid Waste Combustion in a1 MW Fixed Bed Combustion Chamber. Journal of Advanced Research in Numerical Heat Transfer, 23(1), 66-87. https://doi.org/10.37934/arnht.23.1.6687
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Категории
URN
Лицензия
Copyright (c) 2025 Ахмед Ашраф Абдулла Ахмед, Трубаев Павел Алексеевич
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
