Straw pellets burning in a fixed bed with low ash agglomeration

Abstract

Melting of the straw pellets’ ash leads to bed agglomeration with incomplete burning out and even to burning extinguishing. The aims of the work are to study the ash agglomeration during the combustion of straw pellets in a fixed bed at different primary air velocities, which differs by being carried out at various thicknesses of the pellets bed, and to substantiate the mode of burning with minimized ash agglomeration. The aims are achieved by: batch burning of straw pellets with recording bed temperatures; determining the mass fraction of agglomerated ash; determining the ash fusibility temperatures; analyzing the chemical composition of ash and calculating the agglomeration indices; determining energy loss because of incomplete carbon burnout. The most important results are: experimental evidence that decreasing the primary air velocity, combined with lowering the pellets bed thickness, resulted in lower maximal temperatures in the bed and decreased bottom ash agglomeration; when maximal bed temperature decreased the chemical composition of bottom ash changed with ash indices shifting to lower slagging and agglomeration. The practical significance of the obtained results is that at maximal bed temperatures ranging from 1061 to 915°C, the content of agglomerated bottom ash, having initial deformation temperatures of 1065–1045°C, was 0.03 of ash mass. This is a so-called low-temperature mode of burning where the maximal temperature in the burning bed is lower than the initial deformation temperature of the formed bottom ash, thus preventing its melting and agglomeration, and is recommended for straw pellets combustion in a continuously operated burner with acceptable energy loss because of incomplete carbon burnout.

Topirea cenușii peleților de paie duce la aglomerarea în pat cu ardere incompletă și chiar la stingerea arderii. Scopul lucrării este de a studia aglomerarea de cenușă în perioadă de ardere peleților de paie într-un pat fix la viteze ale aerului primar diferite, care diferă prin faptul că este realizat la diferite grosimi ale patului de peleți și de a fundamenta modul de ardere cu aglomerare minimă de cenușă. Obiectivele sunt atinse prin: arderea lotului de pelete de paie cu înregistrarea temperaturii patului; determinarea fracției de masă a cenușii aglomerate; determinarea temperaturilor de fuzibilitate a cenușii; analiza compoziției chimice a cenușii și calcularea indicilor de aglomerare; determinarea pierderii de energie din cauza consumului incomplet de carbon. Cele mai importante rezultate sunt: dovezi experimentale că scăderea vitezei aerului primar, combinată cu scăderea grosimii patului de pelete, a dus la temperaturi maxime mai scăzute în pat și scăderea aglomerației de cenușă de fund; când temperatura maximă a stratului a scăzut, compoziția chimică a cenușii de fund s-a schimbat cu indici de cenușă deplasându-se la zgură și aglomerare mai scăzute. Semnificația practică a rezultatelor obținute este că la temperaturile maxime ale stratului cuprins între 1061 și 915°C, conținutul de cenușă de fund aglomerată, având temperaturi inițiale de deformare de 1065–1045°C, a fost de 0,03 din masa de cenușă. Acesta este un așa-numit mod de ardere la temperatură joasă în care temperatura maximă în patul de ardere este mai mică decât temperatura inițială de deformare a cenușii de fund formată, prevenind astfel topirea și aglomerarea acesteia și este recomandat pentru arderea peletelor de paie într-un arzător cu funcționare continuă, cu pierderi acceptabile de energie din cauza arderii incomplete a carbonului.

Плавление золы соломенных пеллет приводит к агломерации слоя, неполному выгоранию и даже погасанию горения. Целью работы является изучение агломерации золы при сжигании соломенных пеллет в неподвижном слое при различных скоростях первичного воздуха, отличающееся тем, что осуществляется при различных толщинах слоя пеллет, а также обоснование выбора режима горения с минимальной агломерацией золы. Поставленные цели достигаются за счет: периодического сжигания соломенных пеллет с регистрацией температуры слоя; определения массовой доли агломерированной золы; определения температур плавкости золы; анализа химического состава золы и расчета индексов агломерации; определения потерь энергии из-за механической неполноты выгорания углерода. Наиболее важными результатами являются: экспериментальное подтверждение того, что снижение скорости первичного воздуха в сочетании с уменьшением толщины слоя пеллет приводит к снижению максимальных температур в слое и уменьшению агломерации золы; при снижении максимальной температуры слоя изменяется химический состав золы, а индексы золы смещаются в сторону более низкого шлакования и агломерации. Практическая значимость полученных результатов заключается в том, что при максимальных температурах слоя от 1061 до 915°С содержание агломерированной золы, имеющей температуры начала деформации 1065–1045°С, составляет до 0,03 массы золы. Этот режим горения можно назвать низкотемпературным, при котором максимальная температура в горящем слое ниже, чем температура начала деформации образовавшейся донной золы, что и предотвращает ее плавление и агломерацию, и рекомендуется для сжигания соломенных пеллет в непрерывно действующей горелке с приемлемыми потерями энергии из-за механической неполноты выгорания углерода.