"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF6661
ETF6661 (ETF6661) "Mineraalosa käitumine ja soojusefektid põlevkivi põletamisel keevkihis (1.01.2006−31.12.2009)", Arvo Ots, Tallinna Tehnikaülikool, Mehaanikateaduskond.
ETF6661
Mineraalosa käitumine ja soojusefektid põlevkivi põletamisel keevkihis
Behaviour of Mineral Matter and Thermal Effects by Burning of Oil Shale Fuel in FBC
1.01.2006
31.12.2009
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
4. Loodusteadused ja tehnika4.17 Energeetikaalased uuringudT140 Energeetika 2.2. Elektroenergeetika, elektroonika (elektroenergeetika, elektroonika, sidetehnika, arvutitehnika ja teised seotud teadused)100,0
AsutusRollPeriood
Tallinna Tehnikaülikool, Mehaanikateaduskondkoordinaator01.01.2006−31.12.2009
PerioodSumma
01.01.2006−31.12.2006205 200,00 EEK (13 114,67 EUR)
01.01.2007−31.12.2007205 200,00 EEK (13 114,67 EUR)
01.01.2008−31.12.2008205 200,00 EEK (13 114,67 EUR)
01.01.2009−31.12.2009196 992,00 EEK (12 590,08 EUR)
51 934,09 EUR

Teema on seotud põlevkivi põletamisega keevkihtkateldes ja kuulub tipp põletustehnoloogia valdkonda. Kütuse tolmpõletus on asendumas keevkiht põletustehnikaga. Kõrg-temperatuurse tolmpõletuse välja vahetamine madaltemperatuurse keevkihtpõletusega põhjustab märgatavaid erinevusi põlevkivi mineraalosa käitumises ja sellega kaasnevatele soojusefektidele, millel on aga omakorda oluline mõju katlas toimuvate soojuslike protsesside efektiivsusele ja kütuse voole. Katla ja energiaploki soojusliku efektiivsuse määramise lähtekohaks on pommkalorimeetris kütuse proovi põlemisel eralduv soojus ning selle alusel arvutatud kütteväärtus. Pommkalorimeetris kütuse orgaanilise osa põlemissoojusele lisandub soojus kütuse mineraalosa muunduse soojusefektidest. Kütuse mineraalosaga seonduvad soojusefektid sõltuvad nii kütuse mineraalosa koostisest ja hulgast kui ka muundusprotsesside ulatusest. Põlevkivi põletamisel on mineraalosa soojusefektid määravalt seotud karbonaatmineraalide lagunemisega, tuhakomponentide sulfatiseerumise ja uusmineraalide moodustumisega. Mainitud soojusefektide mõju põlevkivi korral iseloomustab hästi orgaanilise osa, karbonaatse süsihappegaasi, sulfatiseeruva väävli ja uusmineraalide soojusefektide vahekord (massiühiku aine kohta) 1:0,12:0,45:0,04. Kütuse (põlevkivi) orgaanilise osa põlemisel pommkalorimeetris ja katlas vabanevad soojushulgad on samad, siis mineraalosa muundusega seonduvad soojusefektid on märgatavalt erinevad. See on tingitud temperatuuri tasemete ja keskkonna koostise erinevustest, sõltudes niimoodi kütuse põletustehnoloogiast. Mineraalidega toimuvate protsessid mõju on eriti tuntav põlevkivi keevkiht põletusel karbonaatmineraalide väiksema lagunemise ja tuhakomponentide ulatuslikuma sulfatiseerumise tõttu. Teoreetiliste arvutuste kohaselt võib mineraalosa mineraalidega toimuvate protsesside soojusefekt moodustada põlevkivi põlemisel keevkihtkatlas eralduvast soojushulgast kuni 6 - 8 %. Lähtuvalt kirjeldatud taustast projekti eesmärkideks on: 1. Põlemisprotsessi uurimine pommkalorimeetris ja põlevkivi mineraalosas toimuvate muunduste kaudu üksikute soojusefektide määramine põlevkivi koostise muutuse laias diapasoonis, arvutusvalemite saamine üksikute ja summaarse soojusefekti arvutamiseks olenevalt põlevkivi komponent koostisest. Leppelise kütteväärtuse defineerimine ja selle olenevus põlevkivi koostisest. Tulemused põhinevad lähtepõlevkivi ja pommkalorimeetri põlemisjääkide keemilis-mineraloogilisel analüüsil. 2. Põlevkivi põlemisel tööstuslikus keevkihtkatlas eralduva soojuse määramine tuginedes leppelisele kütteväärtusele ja mineraalosa muundusprotsessidele katlas. Arvutusvalemi saamine põlevkivi põlemisel katlas eralduva soojushulga määramiseks olenevana põlevkivi leppelisest kütteväärtusest, koostisest ja põlemisprotsessi iseloomustavatest näitajatest. 3. Aluse loomine keevkihtkatla ja energiaploki kasuteguri ning katlas esinevate soojuskadude ja kütuse erikulu määramiseks. Töö tulemused on samuti kasutatavad süsihappegaasi emissiooni arvutamisel. Töö tulemused on otseselt rakendatavad keevkiht kateldega energiaplokkide töö analüüsil ja soojuslike efektiivsusnäitajate määramisel ning uute keevkiht katelde ja energiaplokkide projekteerimisel.
The project deals with combustion of oil shale in fluidized - bed (FB) boilers and belongs to the field of top technology. Nowadays fluidized bed combustion (FBC) is replacing the pulverized firing (PF) technology. Replacing high - temperature PF with low-temperature FBC causes noticeable differences in behavior of oil shale mineral matter and in concurrent thermal effects that in turn influence the efficiency of thermal processes in boiler and fuel rate. Thermal efficiency of boiler and power unit is determined basing on the amount of heat released at burning a fuel sample in calorimetric bomb and heating value calculated on this basis . To the combustion heat of fuel organic matter in calorimetric bomb thermal effects of transformations in fuel mineral matter are to be added. Thermal effects from fuel mineral matter depend on the composition and content of mineral matter and on the extent of transformation processes. While burning oil shale, thermal effects of mineral matter are mainly caused by decomposition of carbonate minerals, by sulfation of ash components and by formation of secondary minerals. The influence of these thermal effects in the case of oil shale are characterized by a relationship between thermal effects of carbon dioxide, sulfating sulfur and secondary minerals in mineral part. The numerical values of this ratio by mass are – 1:0.12:0.45:0.04. If the amount of heat released at burning fuel (oil shale) organic part in calorimetric bomb and in boiler are equal, thermal effects caused by transformations in mineral matter are noticeably different. This is caused by differences in temperature level and composition of the surrounding environment , so depending on combustion technology. The influence of processes going on in minerals is especially important in the case of oil shale FBC, owing to lower extent of decomposition of carbonate minerals and higher extent of sulfation of ash components. According to theoretical calculations, thermal effect caused by minerals of mineral part can be up to 6 – 8% of the total heat released in oil shale FB boiler. Summarizing above given the objectives of the project are: 1. Investigation of combustion process in calorimetric bomb and determination of separate thermal effects , studying the transformations in oil shale mineral matter in wide range of oil shale composition. Elaboration of analytical formulas for calculation of single and total thermal effects depending on oil shale composition. Determination of conventional heating value and its dependence on oil shale composition. The results will base on chemical-mineralogical analysis of oil shale samples and combustion residue from calorimetric bomb. 2. Determination of the amount of heat released in oil shale FB boiler, basing on the conventional heating value and on transformation processes of mineral matter in boiler. Elaboration of an analytical formula for determination of the amount of heat released in boiler burning oil shale depending on conventional heating value, on oil shale composition and on parameters characterizing combustion process. 3. Creation of the basis for determination of the efficiency of FBC boiler and power unit , boiler`s thermal losses and fuel rate. The results can be applied also for calculating carbon dioxide emissions. The results of investigation are directly applicable in analysis of exploitation data of power units equipped with FB boilers and in determination of thermal efficiency data. The results are also applicable in designing of new FB boilers and power units.