Perspektywy optymalizacji procesu spalania węgla: nowe kierunki badań w kontekście zrównoważonej energetyki

• Autorzy: Krupińska Andżelika , Bielecki Zdzisław , Ochowiak Marek , Włodarczyk Sylwia , Smyła Jarosław , Dziuba Jarosław , Bielecki Michał

Warianty tytułu

EN

Perspectives on optimizing coal combustion process: new research directions in the context of sustainable energy

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono perspektywy przyszłych kierunków badań mających na celu optymalizację procesu spalania węgla. Nowe nurty w dziedzinie energetyki koncentrują się na zwiększeniu zrównoważonego wykorzystania zasobów węgla, minimalizacji negatywnego wpływu na środowisko oraz rozwoju bardziej wydajnych i ekologicznych rozwiązań w produkcji energii. Wśród omawianych kierunków działań należy wskazać dobór jakościowy i ilościowy katalizatora procesu spalania, sposób jego efektywnego dostarczenia do transportowanego pyłu węglowego, automatyzacje procesu ze szczególnym uwzględnieniem metod sterowania, kontroli i wizualizacji. Mimo mnogości prac teoretyków i praktyków dotyczących tego zagadnienia wciąż istnieje przestrzeń do dalszych ulepszeń oraz znaczących rozszerzeń w zakresie danych dostępnych dla naukowców i inżynierów. Węgiel nadal odgrywa kluczową rolę, jako najbardziej stabilne źródło energii, co podkreśla jego istotność w kontekście zapewnienia niezawodności dostaw energii.

EN

The article presents perspectives on future research directions aimed at optimizing the coal combustion process. Emerging trends in the field of energy focus on increasing the sustainable utilization of coal resources, minimizing negative environmental impacts, and developing more efficient and environmentally fiiendly energy production solutions. Among the discussed areas of action, it is important to highlight the qualitative and quantitative selection of combustion process cata lysts, the effective delivery of catalysts to transported coal dust, and the automation of the process with a focus on control, monitoring, and Visualization methods. Despite the abundance of work by theorists and practitioners on this issue, there is still room for further improvements and significant expansions in the scope of data available to scientists and engineers. Coal continues to play a crucial role as the most stable source of energy, underscoring its importance in ensuring energy supply reliability.

Słowa kluczowe

PL

węgiel; kotły pyłowe; optymalizacja procesu; spalanie węgla; mix energetyczny

EN

coal; pulverized coal boilers; process optimization; coal combustion; energy mix

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2024
• Tom: Nr 2
• Strony: 35--42
• Opis fizyczny: Bibliogr. 46 poz.

Twórcy

autor

Krupińska Andżelika

• Politechnika Poznańska

• https://orcid.org/0000-0002-1485-9794

autor

Bielecki Zdzisław

• KMB Catalyst

autor

Ochowiak Marek

• Politechnika Poznańska

• https://orcid.org/0000-0003-1543-9967

autor

Włodarczyk Sylwia

• Politechnika Poznańska

autor

Smyła Jarosław

• Sieć Badawcża Łukasiewicz — Instytut Technik Innowacyjnych EMAG

autor

Dziuba Jarosław

• Politechnika Śląska

autor

Bielecki Michał

• Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach

Bibliografia

• [1] Ahmed O.Y., Middleton R.J., Tran V., Weng A., Stefanopoulou AG., Kim K.S., Kweon C.B.M.: Model predictive control of combustion phasing in compression Ignition engines by coordinating fuel injection timing and ignition as51 [EAC PapersOnline 2022, 55-24, 90— 96.
• [2] Bielecki Z. Ochowiak M., Włodarczak S. ,Krupińska A. Matuszak M., Jagiełło K., Dziuba J. Sżajna E., Choiński] D., Odziomek M. Sosnowski T.R.. The optimal diameter of the droplets of a high-viscosity liquid containing solid stacatalyst particles. Energies 2022, 15, 3937.
• [3] Bielecki Z.: Sterowanie w układach z przepływem wielofazowym. Rozprawa Doktorska 2023, Politechnika Śląska.
• [4] Brodny J., Tutak, M. Challenges of the polish coal mining industry on its way to innovative and sustainable development. Journal of Cleaner Production 2022, 375, 134061.ve
• [5] Chakchak S., Hidouri A., Zaidaoui H., Chrigui M., Boushaki T.: Experimental and numerical study of swirling diffiision flame provided by a coaxial burner: effect of inlet velocity ratio. Fluids 2021, 6, 4, 159—179.
• [6] Chen W., Liang Y., Luo X., Chen J., Yang Z., Chen Y.: Artificial neural network grey—box model for design and optimization of 50 We- scale combined supercritical C02 Brayton cycle-ORC coal-fired power plant. Energy Conversion and Management 2021,249, 114821.
• [7] Czemek K. ,Hyrycz M. ,Krupińska A. Matuszak M. Ochowiak M., Witczak S. Włodarczak S: State-of-the- art review of effervescent—swirl atomizers, Energies 2021, 14, 10, 2876.
• [8] Duan R.,Feng Z.,Duan H.,Qu H., Tian L.,Jia W. Baleta J. Wang E., Liu L. Tian L.: Energy equilibrium analysis in the effervescent atomization. Open Physics 2020,18,1,925-932.
• [9] Ehrenhalt W.: Kierunki transformacji polskiej energetyki. Energetyka —— Społeczeństwo -— Polityka 2018, 2 (8), 88-103.
• [10] Fedorov AV, Yazykov NA, Bulavchenko OA, Saraev AA, Kaichev VV, Yakovlev VA.: CuFeAl Nanocomposite Catalysts for Coal Combustion in Fluidized Bed. Nanomaterials (Basel) 2020, 24, 10(5), 1002.
• [11] Gomółka K., Kasprzak P.: Poland’s energy dependence at the turn of the 21st century. Economics and Environment 2023, 3 (86), 483-507.
• [12] Gromaszek K.: Advanced Control Techniques Coal Dust Combustion Process; Lublin University of Technology: Lublin, 2019.
• [13] Giirzing S., Klein S., Moller G., Thiebes A.L., Comelissen C.G., Reddemann M.A.: Correlation between cell survival and atomization characteristics in air—assisted bronchoscopic spraying. Atomization and Sprays 2021, 31, 13-32.
• [14] Han Z., Xie Y., Hossain M.M., Xu C.: A hybrid deep neural network model for NOX emission prediction of heavy oilfired boiler flames. Fuel 2023, 333, 126419.
• [15] https://patents.google.com/patent/CN1064394C/en
• [16] https://patentsc0pe.wipo.int/search/en/detail.jsf?docId=CN84527382
• [17] https://www.spray—nozzle.co.uk/spray-nozzle-applications/inj ection/spray-pattem—and—flow-rate].
• [18] Hu Y., Wang Z., Cheng X., Liu M., Ma Ch.: Effects of catalysts on combustion characteristics and kinetics of coalchar blends. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science 2018, 133, 012023
• [19] Karthikeyan D., Saravanan C.G.: Experimental analysis of flyash based, ion exchanged zeolite as catalyst for si engine exhaust emission control. Journal of KONES Powertrain and Transport 2013, 20, 3.
• [20] Kaspar J., Fomasiero P., Hickey N.: Automotive catalytic convertors; current status and some perspectives. Catalysis Today 2003, 77, 419-449.
• [21] Kochanek E.: Evaluation of Energy Transition Scenarios in Poland. Energies 2021, 14, 6058.
• [22] Krzywanski J., Czakiert T., Blaszczuk A., Rajczyk R., Muskala W., Nowak W.: A generalized model of SO; emissions from large- and small-scale CFB boilers by artificial neural network approach Part 1. The mathematical model of SOZ emissions in air-firing, oxygen-enriched and oxycombustion CFB conditions. Fuel Processing Technology 2015, 137, 66-74.
• [23] Liang X.Y., Lu P., Zhang M.Y.: Effervescent atomizer and its spray characteristics, En. Res. Utiliz. 2004, 2, 17-20.
• [24] Liu C., Liu F., Yang J., Mu Y., Hu C., Xu G.: Experimental investigations of spray generated by a pressure swirl atomizer. Journal of the Energy Institute 2019, 92, 2, 210-221.
• [25] Maltby T.: Ueropean Union energy policy integration: A case of Ueropean Commission policy entreprenuership and increasing supranationalism. Energy Policy 2013, 55, 435-444.
• [26] Marcewicz-Kuba A., Olszewska D. Niskoemisyjne spalanie węgla kamiennego z zastosowaniem katalizatorów DESONOX, GOSPODARKA SUROWCAMT MINERALNYMI 2007, 23, Zeszyt specjalny 3
• [27] Mikaniki P., Naj afi S.M., Ghassemi H.: Experimental study of a heavy fuel oil atomization by pressure-swirl injector in the application of entrained flow gasifier, Chinese Journal of Chemical Engineering 2019, 27, 4, 765-771.
• [28] Ministerstwo Energii, Polityka Energetyczna Polski do 2040 roku (PEP 2040). 2018
• [29] Mlkvik M.: Unsteady behaviour of the effervescent atomizer, MATEC Web Conf. 2020, 328, 01008.
• [30] Moreno C J., Stenlaas O., Tunestal P.: Indicated efficiency optimization by in-cycle closed-loop combustion control of diesel engines. Control Engineering Practice 2022,122,105097.
• [31] Naj afi S. M.A. Mikaniki P. Ghassemi H.. Microscopic and macroscopic atomization characteristics of a pressure- -swirl atomizer, injecting a viscous fuel oil. Chinese Journal of Chemical Engineering 2020, 28, 1, 9-22.
• [32] Niland A., Santhosh R., Marsh R., Bowen P.: Experimental investigation of effervescent atomization, Part II: Internal flow and spray characterization with novel Darpa Suboff afterbody streamline aerator. Atomization and Sprays 2022, 32, 25-51.
• [33] Ochowiak M., Bielecki Z., Krupińska A., Matuszak M., Włodarczak S., Bielecki M., Choiński D., Smyła J., Jagiełło K.: Pulverized Coal-Fired Boilers: Future Directions of Scientific Research. Energies 2023, 16, 935.
• [34] Ochowiak M., Matuszak M., Włodarczak S., Krupińska A., Markowska M., Gościniak, A., Szulc T. The concept design and study of twin-fluid effervescent atomizer with air stone aerator. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification 2018, 124, 24-28.
• [35] Olkuski T, Stala-Szlugaj, K.: Tendencje zmian występuj ące w światowej energetyce. Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energia Polskiej Akademii Nauk 2017, 98, 187-198.
• [36] Rusin A., Wojaczek A.: Changes in the structure of the Polish energy mix in the transition period to ensure the safety and reliability of energy supplies. Energy 2023, 2821, 128831.
• [37] Sovani S.D., Sojka P.E., Lefebvre A.H.: Effervescent atomization. Progress in Energy and Combustion Science 2001, 27, 483-521. ,
• [38] Sun Z., Zhang Z.H., Yuan T.Q., Ren X., Rong Z.: Raney Ni as a versatile catalyst for biomass conversion. ACS Catalysis 2021, 11, 16, 10508—10536.
• [39] Suntivarakoma R., Treedetb W.: Improvement of boiler’s efficiency using heat recovery and automatic combustion control system. Energy Procedia 2016, 100, 193-197.
• [40] Thiebes A.L., Klein S., Zingsheim J., Moller G.H., Gurzing S., Reddemann M.A., Behbahani M., J ockenhoevel S„ Comelissen C.G.: Effervescent atomizer as novel cell spray technology to decrease the gas-to—liquid ratio. Pharmaceutics 2022, 14, 2421.
• [41] Tic W.J .: System poprawy efektywności energetycznej i ekologicznej spalania paliw stałych. CHEMIK 2014, 68, 10, 850-855.
• [42] Wang Y., Zou Ch., Zhao J., Wang F.: Combustion Characteristics of Coal for Pulverized Coal Injection (PCI) Blending with Steel Plant Flying Dust and Waste Oil Sludge. Logo of acsomega ACS Omega. 2021, 2; 6(43), 28548—28560.
• [43] Wang Z., Hong Ch., Xing Y., Li Y., Feng L., Jia M.: Combustion behaviors and kinetics of sewage sludge blended with pulverized coal: With and without catalysts. Waste Management 2018, 74, 288-296.
• [44] Zhao F., Ren Z, Xu B., Zhang H., Fu C.: Brief overview of effervescent atomizer application. Journal of Physics: Conference Series 2019, 1300, 012043.
• [45] Zhong Y., Zhang, T., Zhang Y., Cheng T.: Flame temperature and heat release rate sensor for active combustion control. Measurement 2022, 202, 111762.
• [46] Zhu C., Jiang Y., Ding H.: Research progress of the coal-combustion catalysts in China. Goal qual. technol. 2010, 4, 41—44

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).