energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2020-63-3-236-252energy-1960Research ArticleТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАНEAT POWER ENGINEERINGКомбинированное сжигание потоков различных промышленных отходов в топках котлов. Часть 1Combined Combustion of Various Industrial Waste Flows in Boiler Furnaces. Part 1ЯрмольчикЮ. П.YarmolchickYu. Р.

Адрес для переписки: Ярмольчик Юрий Петрович - Белорусский национальный технический университет, просп. Независимости, 65/2, 220013, г. Минск, Республика Беларусь. Тел.: +375 17 293-92-16

dr.yury.yarmolchick@gmail.com

Address for correspondence: Yarmolchick Yury P. - Belаrusian National Technical University, 65/2, Nezavisimosty Ave., 220013, Minsk, Republic of Belarus. Tel.: +375 17 293-92-16

dr.yury.yarmolchick@gmail.com

dr.yury.yarmolchick@gmail.comШрёгерР.SchrögerR.

Гумпольдскирхен

ХаберфельнерХ.HaberfelnerH.

Гумпольдскирхен

ПихлерМ.PichlerM.

Гумпольдскирхен

КостичД.KostićD.

Гумпольдскирхен

МорозГ. В.MorozG. V.

г. Минск

Белорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarusКомпания DUMAG GmbHАвстрияDUMAG GmbHAustriaБелнипиэнергопромБеларусьBelnipienergopromBelarus202028052020633236252Copyright © Ярмольчик Ю.П., Шрёгер Р., Хаберфельнер Х., Пихлер М., Костич Д., Мороз Г.В., 20202020Ярмольчик Ю.П., Шрёгер Р., Хаберфельнер Х., Пихлер М., Костич Д., Мороз Г.В.Yarmolchick Y.Р., Schröger R., Haberfelner H., Pichler M., Kostić D., Moroz G.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/1960

Прямое факельное сжигание потоков промышленных отходов непосредственно в камерах сгорания теплогенерирующих установок позволяет значительно снизить потери тепловой энергии, а также капитальные затраты на обустройство тепловых агрегатов без применения предварительных топок. Однако, учитывая все более жесткие экологические нормы при сжигании различных видов топлива, представляется актуальным определить оптимальные условия горения в зависимости от состава продуктов утилизации. В статье отмечено, что решение задачи организации качественного сжигания потоков промышленных отходов может быть только комплексным. С одной стороны, необходимо получить экологически чистые продукты сгорания, а с другой – процесс утилизации отходов должен быть энергетически эффективным. Рассмотрены этапы реализации проектов энергетически полезной утилизации промышленных отходов при соблюдении установленных экологических норм выбросов загрязняющих веществ. Проведен анализ исходных горючих химических веществ, входящих в состав твердых, жидких и газообразных отходов промышленных технологий. Выделены основные классы топлив, определяющих реакции горения. Рассмотрены глобальные химические реакции и механизмы окисления. Определены горючие свойства, химический состав и степень воздействия продуктов сгорания промышленных отходов на экологию в зависимости от содержания различных исходных веществ. Наиболее сложным аспектом при пламенной утилизации потоков промышленных отходов является наличие вредных веществ различных классов опасности. Изучены условия для достижения полного сгорания топлива, стехиометрия и условия равновесия для различного соотношения воздух/топливо (в зависимости от состава топлива) при неполном сгорании. Приведены анализ продуктов неполного сгорания и классы опасности соответствующих загрязняющих веществ.  Определено  максимальное  значение  коэффициента  φ,  за  пределами  которого в однородной смеси должен образоваться твердый углерод.

Direct flaring of industrial waste flows specifically in the combustion chambers of heat generating plants makes it possible to significantly reduce the loss of thermal energy, as well as the capital costs of equipping thermal units without using of preliminary furnaces. However, given the increasingly strict environmental standards for the burning of various fuels, it seems important to determine the optimal combustion conditions depending on the composition of the waste products. The article shows that only a complex solution can be a successful solution to the problem of organizing high-quality combustion of industrial waste flows. On the one hand, it is necessary to obtain extremely environmentally friendly combustion products, and, on the other hand, the waste disposal process should be energy efficient. The article discusses the stages of the implementation of the projects of energy-efficient utilization of industrial waste in compliance with the established environmental standards for emissions of pollutants. The analysis of initial combustible chemical substances that are part of solid, liquid and gaseous wastes of industrial technologies is given. The main classes of fuels that determine combustion reactions are identified. Global chemical reactions and oxidation mechanisms are considered. The combustible properties, chemical composition, and degree of impact of the products of combustion of industrial waste on the environment are determined, depending on the content of various starting substances. The most difficult aspect of the flaming disposal of industrial waste flows is the presence of harmful substances of various hazard classes. The conditions for achieving complete fuel combustion, stoichiometry, and equilibrium conditions for different air/fuel ratios (depending on fuel composition) with incomplete combustion are determined. The analysis of products of incomplete combustion is given as well as of and hazard classes of the corresponding pollutants. The maximum value of the coefficient φ was determined beyond which solid carbon should be formed in a homogeneous mixture.

глобальные химические реакции окисленияпродукты неполного сгоранияисходные горючие веществастехиометрияусловия равновесияglobal chemical oxidation reactionsproducts of incomplete combustioninitial combustion substancesstoichiometryequilibrium conditionsReferencesКартамышева, Е. С. Новые технологии переработки отходов производства в современном мире / Е. С. Картамышева, Д. С. Иванченко // Молодой ученый. 2017. № 51. С. 115–118.Kartamysheva Е. S., Ivanchenko D. S. (2017) New Technologies for Production Waste Pro-cessing in the Modern World. Molodoi uchenyi [Young Scientist], (51), 115–118 (in Russian).Бернадинер, М. Н. Огневая переработка и обезвреживание промышленных отходов / М. Н. Бернадинер, А. П. Шурыгин. М.: Химия, 2000. 272 с.Bernadiner M. N., Shurygin A. P. (2000) Fire Processing and Neutralization of Industrial Waste. Moscow, Khimya Publ. 272 (in Russian).Добрего, К. В. Численное моделирование слоевого горения двухфазной системы «горю-чая жидкость – твердое топливо» / К. В. Добрего, И. А. Козначеев // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2019. Т. 62, № 3. С. 247–263. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-3-247-263.Dobrego K. V., Koznacheev I. A. (2019) Numerical Simulation of Two-Phase System of “Combustible Liquid – Solid Fuel” Combustion in a Fixed Bed. Energetika. Energetika. Izvesti-ya vysshikh uchebnykh zavedenii i energeticheskikh ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 62 (3), 247-263 (in Russian). https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-3-247-263Экологические нормы и правила ЭкоНиП 17.01.06-001-2017. Охрана окружающей среды и природопользование. Требования экологической безопасности. Официальное издание. Минск: Минприроды, 2017. 139 с.Environmental Norms and Rules of EcoNiP 17.01.06-001-2017. Environmental Protection and Nature Management. Environmental Safety Requirements. The Official Publication. Minsk, Ministry of Natural Resources, 2017. 139 (in Russian).Гламаздин, П. М. Экологические аспекты модернизации водогрейных котлов большой мощности / П. М. Гламаздин, Д. П. Гламаздин, Ю. П. Ярмольчик // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2016. Т. 59, № 3. C. 249–259. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2016-59-3-249-259.Glamazdin P. M., Glamazdin D. P., Yarmolchick Yu. P. (2016) Environmental Aspects of Modernization of High Power Water-Heating Boilers. Energetika. Energetika. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii i energeticheskikh ob’edinenii SNG = Energetika. Proceed-ings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 59 (3), 249–259. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2016-59-3-249-259 (in Russian).Faulstich, M. 11. Fachtagung Thermische Abfallbehandlung / M. Faulstich, B. Bilitewski, A. I. Urban. Kassel: Kassel University Press, 2006. 350 p.Faulstich M., Bilitewski B., Urban A. I. (2006) 11. Fachtagung Thermische Abfallbehandlung. Kassel, Kassel University Press. 350.Niessen, W. R. Combustion and Incineration Processes. Applications in Environmental Engineering / W. R. Niessen. 4th Edition. Boca Raton: Taylor and Francis Group, LLC, 2010. 798 p. https://doi.org/10.1201/EBK1439805039Niessen W. R. (2010) Combustion and Incineration Processes. Applications in Environmental Engineering. 4th Ed. Boca Raton, Taylor and Francis Group, LLC. 798 https://doi.org/10.1201/EBK1439805039Warnatz, J. Combustion. Physical and Chemical Fundamentals, Modeling and Simulation, Experiments, Pollutant Formation / J. Warnatz, U. Maas, R. W. Dibble. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2006. 299 p. https://doi.org/10.1007/978-3-540-45363-5Warnatz J., Maas U., Dibble R. W. (2006) Combustion. Physical and Chemical Fundamentals, Modeling and Simulation, Experiments,Pollutant Formation. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag. 299. https://doi.org/10.1007/978-3-540-45363-5Кан, Р. Введение в химическую номенклатуру / Р. Кан, О. Дермер : пер. с англ. Н. Н. Щербиновской, под ред. В. М. Потапова, Р. А. Лидина. М: Химия, 1983. С. 139–140.Kahn R., Dermer O. (1979) Introduction to Chemical Nomenclature. Elsevier Ltd. 208. https://doi.org/10.1016/C2013-0-04129-1Acetaldehyde / M. Eckert et al. // Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley, 2006. https://doi.org/10.1002/14356007.a01_031.pub2Eckert M., Fleischmann G., Jira R., Bolt H. M., Golka K. (2006) Acetaldehyde. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley. https://doi.org/10.1002/14356007.a01_031.pub2Шабаров, Ю. С. Органическая химия / Ю. С. Шабаров. М.: Лань, 2011. 848 с.Shabarov Yu. S. (2011) Organic chemistry. Moscow, Lan’ Publ. 848 (in Russian).Лисицын, В. Н. Химия и технология промежуточных продуктов / В. Н. Лисицын. М.: Хи-мия, 1987. 368 с.Lisitsyn V. N. (1987) Chemistry and Technology of Intermediates. Moscow, Khimya Publ., 368 (in Russian).Беззубов, Л. П. Химия жиров / Л. П. Беззубов. 3-е изд. М.: Пищевая промышленность, 1975. 280 с.Bezzubov L. P. (1975) Chemistry of Fats. 3rd Ed. Moscow, Pishchevaya promyshlennost' Publ. 280 (in Russian).Whitford, D. Proteins: Structure and Function / D. Whitford. Wiley, 2005. 542 pp.Whitford D. (2005) Proteins: Structure and Function. Wiley. 542.Joos, F. Technische Verbrennung / F. Joos. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2006. 907 p. https://doi.org/10.1007/3-540-34334-2Joos F. (2006) Technische Verbrennung. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2006. 907. https://doi.org/10.1007/3-540-34334-2Lackner, M. Handbook of Combustion / M. Lackner, F. Winter, A. K. Agarwal. Weinheim: Wiley-VCH, 2010. Vol. 1: Fundamentals and Safety. 499 p. https://doi.org/10.1002/9783527628148Lackner M., Winter F., Agarwal A. K. (2010) Handbook of Combustion. Vol. 1 Fundamentals and Safety. Weinheim, Wiley-VCH. 499. https://doi.org/10.1002/9783527628148Lackner, M. Handbook of Combustion / M. Lackner, F. Winter, A. K. Agarwal. Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co, 2010. Vol.3: Gaseous and Liquid Fuels. 466 p. https://doi.org/10.1002/9783527628148Lackner M., Winter F., Agarwal A. K. (2010) Handbook of Combustion. Vol. 3 Gaseous and Liquid Fuels. Weinheim, WILEY-VCH. 460. https://doi.org/10.1002/9783527628148Ярмольчик, Ю. П. Механизмы образования и методика расчета выбросов загрязняющих веществ при сжигании природного газа в зависимости от эмиссионного класса горелок / Ю. П. Ярмольчик // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2019. Т. 62, № 6. С. 565– 582. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-6-565-58.Yarmolchick Y. P. (2019) Formation Mechanisms and Methods for Calculating Pollutant Emis-sions from Natural Gas Combustion Depending on the Burner Emission Class. Energetika. En-ergetika. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii i energeticheskikh ob’edinenii SNG = Energeti-ka. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 62 (6), 565-582 (in Russian). https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-6-565-582Law, C. K. Combustion Physics / C. K. Law. New York: Cambridge University Press, 2006. https://doi.org/10.1017/cbo9780511754517Law C. K. (2006) Combustion Physics. New York, Cambridge University Press. https://doi.org/10.1017/cbo9780511754517Najmi W.M. W.A. Comparison of Combustion Performance bitween Natural Gas and Medium Fuel Oiln [Electronic Resource] / W.M. W.A. Najmi, A. M. Arhosazani // International Conference on Energy and Environment (ICEE) 2006. Mode of access: https://www.researchgate.net/publication/241124165_Comparison_Of_Combustion_Performance_Between_Natural_Gas_And_Medium_Fuel_Oil_At_Different_Firing_Settings_For_Industrial_BoilersNajmi W.M. W.A., Arhosazani A. M. (2006) Comparison of Combustion Performance bitween Natural Gas and Medium Fuel Oiln. International Conference on Energy and Environment (ICEE) 2006. Available at: https://www.researchgate.net/publication/241124165_Comparison_Of_Combustion_Performance_Between_Natural_Gas_And_Medium_Fuel_Oil_At_Different_Firing_Settings_For_Industrial_BoilersTsuji, H. High Temperature Air Combustion / H. Tsuji. Boca Raton: CRC Press LLC, 2003. 424 p. https://doi.org/10.1201/9781420041033Tsuji H., Gupta A. K., Hasegawa T., Katsuki M., Kishimoto K., Morita M. (2003) High Temperature Air Combustion. Boca Raton, CRC Press LLC. 424. https://doi.org/10.1201/9781420041033Charles, E. The John Zink Hamworthy Combustion Handbook / E. Charles, Jr. Baukal. Boca Raton: Taylor & Francis Group, LLC, 2013. 452 p. https://doi.org/10.1201/b15101Charles J., Baukal E. (2013) The John Zink Hamworthy. Combustion Handbook, Fundamentals. Boca Raton, Taylor & Francis Group, LLC. 452. https://doi.org/10.1201/b15101Peters, N. Technische Verbrennung / N. Peters. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2010.Peters N. (2010) Technische Verbrennung. Berlin Heidelberg, Springer-Verlag (in German).Lackner, M. Handbook of Combustion / M. Lackner, F. Winter, A. K. Agarwal. Weinheim: WILEY-VCH, 2010. Vol. 2: Combustion Diagnostics and Pollutants. 546 p.Lackner M., Winter F., Agarwal A. K. (2010) Handbook of Combustion Vol.2: Combustion Diagnostics and Pollutants. Weinheim, WILEY-VCH. 546.Turns, S. R. An Introduction to Combustion. Concepts and Applications / S. R. Turns. 2nd Edition. New York: McGraw-Hil, 2000. 676 p.Turns S. R. (2000) An Introduction to combustion, Concepts and Applications. 2nd Ed. New York, McGraw-Hil. 676.Watt, L. J. The Production of Acetylene from Methane by Partial Oxidation / L. J. Watt. University of British Columbia. 1951.Watt L. J. (1951) The Production of Acetylene from Methane by partial oxidation. University of British Columbia.Rvu, J. Y. Polychlorinated Dibenzo-p-Dioxin (PCDD) and Dibenzofuran (PCDF) Isomer Pat-terns from Municipal Waste Combustion: Formation Mechanism Fingerprints / J. Y. Rvu, K. C. Choi, J. A. Mulholland // Chemosphere. 2006. Vol. 65, Issue 9. P. 1526–1536. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2006.04.002Rvu J. Y., Choi K. C., Mulholland J. A. (2006) Polychlorinated dibenzo-p-dioxin (PCDD) and dibenzofuran (PCDF) isomer patterns from municipal waste combustion: formation mechanism fingerprints. Chemosphere, 65 (9), 1526–1536. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2006.04.002

The authors declare that there are no conflicts of interest present.