Oznaczanie wartości opałowej koksów za pomocą różnicowej kalorymetrii skaningowej DSC połączonej z analizą termograwimetryczną TGA

• Autorzy: Czajka Krzysztof M.

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0054.9668

Warianty tytułu

EN

Determination of lower calofific value using differential scanning calorimetry (DSC) coupled with thermogravimetry (TGA)

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono metodę oznaczania wartości opałowej koksów z zastosowaniem różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC) połączonej z analizą termograwimetryczną (TGA). Opracowana technika jest alternatywą dla obecnie stosowanych metod. W odróżnieniu od nich, oznaczanie wartości opałowej za pomocą TGA/DSC umożliwia charakteryzowanie miligramowych prób koksów, o różnym stopniu odgazowania, uzyskanych z różnorodnych paliw. Zastosowanie opisywanej metody, pozwala dodatkowo na wyznaczenie zmiany wartości opałowej analizowanych prób, w zależności od stopnia konwersji paliwa oraz pośrednie oznaczenie wartości opałowej części lotnych. Weryfikacji wyników uzyskanych za pomocą techniki TGA/DSC dokonano na podstawie metody znormalizowanej, przy zastosowaniu bomby kalorymetrycznej. Rozbieżności pomiędzy wartościami zmierzonymi dla koksów z biomasy i węgla kamiennego, koksu ponaftowego oraz grafitu wyniosły od 0,2 MJ/kg do 0,8 MJ/kg.

EN

The study presents a method for determining the calorific value of cokes using differential scanning calorimetry (DSC) combined with thermogravimetric analysis (TGA). The developed technique serves as an alternative to currently used methods. Unlike traditional approaches, determining the calorific value using TGA/DSC allows for the characterization of milligram-sized coke samples with varying degrees of devolatilization, obtained from diverse fuels. Additionally, the described method enables the determination of calorific value change profiles of the analyzed samples depending on the degree of fuel conversion, as well as the indirect determination of the calorific value of volatile matter. The results obtained using the TGA/DSC technique were validated against a standardized method employing a bomb calorimeter. Discrepancies between the measured values for biomass and bituminous coal cokes, petroleum coke, and graphite ranged from 0.2 MJ/kg to 0.8 MJ/kg.

Słowa kluczowe

PL

ciepło spalania; wartość opałowa; TG; DSC; FTIR; analiza termiczna

EN

heat of combustion; calorific value; TG; DSC; FTIR; thermal analysis

• Wydawca: Instytut Górnictwa Odkrywkowego "Poltegor-Instytut"
• Czasopismo: Górnictwo Odkrywkowe
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 65, nr 2
• Strony: 4--10
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz.

Twórcy

autor

Czajka Krzysztof M.

• Katedra Inżynierii Konwersji Energii, Politechnika Wrocławska

Bibliografia

• [1] Nunez-Regeira L., Rodriguez-Anon J.A., Proupin-Castineiras J., Vilanova-Diz A., Montero-Santovena N.: Determination of calorirc values of forest waste biomass by static bomb calorimetry. Thermochimica Acta, 371 (2001), 23-31
• [2] Shen J., Zhu S., Liu X., Zhang H., Tan J.: Measurement of heating value of rice husk by using oxygen bomb calorimeter with benzoic acid as combustion adjuvant. Energy Procedia, 17A (2012), 208-2013
• [3] ISO 1928:2020 Coal and coke - Determination of gross calorific value
• [4] ISO 1716:2018 Reaction to fire tests for products - Determination of the gross heat of combustion (calorific value)
• [5] PN-ISO 1928:2002 Paliwa stałe - oznaczanie ciepła spalania metodą s pałania w bombie kalorymetrycznej i obliczanie wartości opałowej
• [6] PN-G-04513:1981 Paliwa stałe - oznaczanie ciepła spalania i obliczanie wartości opałowej (in Polish)
• [7] PN-EN 14918:2010 Solid Biofuels - determination of calorific value
• [8] PN-Z-15008-04:1993 Odpady komunalne stałe - Badania właściwości paliwowych - oznaczanie ciepła spalania i obliczanie wartości opałowej
• [9] Erol M., Haykiri-Acma H. , Kucukbayrak S.: Calorific value estimation of biomass from their proximate analyses data Renewable Energy, 35 (2010), 170-173
• [10] Mesroghli Sh., Jorjani E., Chehreh Chelgani S.: Estimation of gross calorific value based on coal analysis using regression and artificial neural networks. International Journal of Coal Geology, 79 (2009), 49-54
• [11] Mathews J.P., Krishnamoorthya V., Louwa E., Tchapda A.H.N., Castro-Marcanoa F., Karri V., Alexis D.A., Mitchell G.D.: A review of the correlations of coal properties with elemental composition. Fuel Processing Technology, 121 (2014), 104-113
• [12] Vargas-Moreno J.M., Callejón-Ferre A.J., Perez-Alonso J., Velazquez-Marti B.: A review of the mathematical models for predicting the heating value of biomass materials, Renewable and Sustainable Energy Reviews. 16, 5 (2012), 3065-3083
• [13] Ardila Y.C., Figueroa J.E.J., Maciel M.R.W.: Mathematical models for predicting the higher heating value and ultimate analysis of biomass. Industrial Crops and Products, 208 (2024), 117-177
• [14] van Kessel L.B.M., Arendsen A.R.J., Brem G.: On-line determination of the calorific value of solid fuels. Fuel, 83 (2004), 59-71
• [15] Kok M.V., Keskin C.: Calorific value determination of coals by dta and astm methods - comparative study. Journal of hermal Analysis and Calorimetry. 64 (2001), 1265-1270
• [16] Kumar J.V., Pratt B.C.: Determination of calorific values of some renewable biofuels. Thermochimica Acta, 279 (1996), 11 l-120
• [17] Raupenstrauch H., Maurer C.: Measurement of the calorific value of volatiles and oxygen demand of solid fuels as a function of time with a mobile analyzer, 3rd European Combustion Meeting 2007
• [18] Hassel R.L.: Heat content of coal by pressure DSC. TA Instruments, 2004
• [19] Czajka K.: Szybkość spalania węgla i paliw alternatywnych w atmosferze wzbogaconej w tlen, Politechnika Wrocławska, 2014
• [20] Gouws M.J., Knoetze T.P.: Coal self-heating and explosibility. The Joumal of The South African Institute of Mining and Metallurgy, January/February (1995), 37-43
• [21] Linderholm C., Lyngfelt A., Cuadrat A., Jerndal E.: Chemical-looping combustion of solidfuels - Operation in a 10kWunit with two fuels, above-bed and in-bed fuel feed and two oxygen carriers, manganese ore and ilmenite. Fuel, 102 (2012), 808-822