Tullantı ağac təbəqəsinə aşağıdan daha çox yanma havası vermək yanmanı davamlı olaraq yaxşılaşdırmır. Bu tədqiqat göstərir ki, ilkin havanın miqdarı artdıqca lignoselülozik tullantı ağacının sabit yataqda yanmasını idarə edən əsas mexanizm də dəyişir. Tədqiqatçılar pilot miqyaslı yanma reaktorunda hava kütlə axınını 0,08–0,71 kg m⁻² s⁻¹ arasında dəyişdirərək közərən yanmadan təxminən 1400 °C-yə yaxınlaşan yüksək temperaturlu oksidləşmə şəraitinə qədər geniş istismar diapazonunu araşdırmışlar.

Aşağı hava axınında sistem yanacaqla zəngin və oksigenlə məhdud şəraitdə işləyir. Orta hava axınlarında səthə oksigen təchizatı artarkən oksigenin bərk hissəciklərin daxilinə diffuziyası getdikcə daha mühüm məhdudlaşdırıcı mexanizmə çevrilir. Çox yüksək hava axınında isə yataq çökür və parçalanır; oksigenə çıxış artsa da yaranan yanar qazlar kifayət qədər sürətlə qarışıb tam oksidləşə bilmir. Beləliklə proses bu dəfə oksigen çatışmazlığından deyil, qaz fazasında qarışma məhdudiyyətindən təsirlənməyə başlayır.

Bu eksperimental müşahidələrdən istifadə etməklə dörd mərhələli birləşdirilmiş yanma çərçivəsi təklif edilmişdir: közərən yanma, qazlaşdırma, soyumanın üstünlük təşkil etdiyi sönmə və yatağın çökməsindən sonra yüksək temperaturlu yanma. Çərçivə əvvəllər istifadə olunan iki və üç fazalı sabit yataq yanması izahlarını daha geniş istismar diapazonuna genişləndirir.

Tədqiqat pilot təcrübələrin təkrarlana bilməsini də ayrıca qiymətləndirmişdir. Doqquz təkrarın istifadə edildiyi istinad şəraitində temperatur, müddət və əsas qaz tərkibi göstəricilərinin çoxunda nisbi təkrar standart sapması %20 və ya daha aşağı qalmışdır. Bununla belə, HCl və CxHy kimi aşağı konsentrasiyalı və ya ölçülməsi daha qeyri-müəyyən komponentlərdə dəyişkənlik xeyli yüksək olmuşdur.

Sabit yataqlı tullantı yanması niyə mürəkkəbdir?

Izgaralı tullantı və biokütlə sobalarında yanacaq hissəcikləri ızgaranın üzərində təbəqə şəklində yerləşir. İlkin hava aşağıdan yuxarı doğru bu təbəqənin içindən keçir. Bu quruluş mayeləşdirilməmiş bir packed bed, yəni sabit/doldurulmuş yanacaq yatağı kimi davranır.

Yanacaq yatağında eyni anda çoxlu fiziki və kimyəvi proses baş verir:

• hissəciklərin qızması,
• nəmin buxarlanması,
• piroliz və uçucu maddələrin ayrılması,
• qazlaşdırma,
• bərk karbonun oksidləşməsi,
• uçucu qazların yanması,
• oksigen və məhsul qazlarının hissəciklər arasında daşınması,
• oksigenin hissəciyin daxilinə diffuziyası,
• radiasion və konvektiv istilik ötürülməsi,
• külün yaranması, sinterləşməsi və yatağın çökməsi.

Buna görə də ilkin hava sərfinin dəyişdirilməsi yalnız sistemə daxil olan oksigen miqdarını dəyişmir. Eyni zamanda konvektiv soyutmanı, qaz sürətini, oksigen daşınmasını, bərk fazanın çevrilmə sürətini və yanar qazların reaktordan uzaqlaşdırılma sürətini də dəyişir.

İlkin Hava Artarkən Niyə Yanma Daim Yaxşılaşmır?

Çünki ilkin hava eyni anda iki zidd funksiyanı yerinə yetirir: oksigen verərək oksidləşməni dəstəkləyir, eyni zamanda yanacaq yatağını konvektiv şəkildə soyudur və çox yüksək sərflərdə yanar qazları reaksiya zonasından daha sürətlə aparır. Buna görə də prosesdə məhdudlaşdırıcı mexanizm aşağı, orta və yüksək hava axınlarında eyni olmur.

Təcrübə yanacağı

İstinad yanacağı kimi tikinti və söküntü fəaliyyətlərindən yaranan tullantı ağacdan istifadə edilmişdir. Xammal əsasən ağacdan ibarət olsa da, kərpic, daş, şüşə, plastik, metal və tekstil kimi yad komponentləri də ehtiva etmişdir.

İki müxtəlif xammal partiyası iki dəfə xırdalanaraq təxminən 10 mm hissəcik diametrinə endirilmiş və sonra homogen yanacaq əldə etmək üçün qarışdırılmışdır.

ThERMINATOR pilot sistemi

Təcrübələr ThERMINATOR adlı pilot yanma qurğusunda aparılmışdır.

Bu tədqiqat xüsusi olaraq ilkin havanın təsirini təcrid etmək məqsədilə aparılmış və sekonder hava istifadə edilməmişdir. Bu məqam nəticələri real sənaye sobalarına tətbiq edərkən vacibdir; müasir ızgaralı qurğularda freeboard zonasında sekonder hava geniş istifadə olunur.

Eksperimental hava diapazonu

PA, primary air, yəni ilkin havanı; AMF, air mass flux, yəni vahid yataq sahəsindən keçən hava kütlə axınını ifadə edir.

Qazlar necə ölçüldü?

Sənaye NDIR analizatoru ilə aşağıdakı qazlar zaman üzrə izlənmişdir:

• CO
• CO₂
• CH₄ / CxHy
• H₂O
• O₂
• HCl
• SO₂
• N₂O
• NOₓ

CH₄ kanalının digər karbohidrogenlərdən əhəmiyyətli çarpaz müdaxilə alması səbəbindən mənbə bu siqnalı kəmiyyətcə təmiz metan ölçümü kimi istifadə etməmiş, daha ümumi CxHy uçucu karbohidrogen göstəricisi kimi qiymətləndirmişdir.

Alovlanma cəbhəsinin sürəti necə hesablandı?

Yanacaq yatağının müxtəlif hündürlüklərinə yerləşdirilmiş termocütlərin ilk dəfə 500 °C-yə çatdığı vaxt müəyyən edilmişdir.

Tənlik (1):

\[ IFS= \left. \frac{\Delta h}{\Delta t} \right|_{T=500^\circ C} \]

Burada IFS alovlanma cəbhəsinin yataq daxilində aşağıya doğru irəliləmə sürətidir.

Mənbə metod bölməsində yanacaq kütləsinin çevrilmə göstəricisini:

\[ BR=IFS\times\rho_{fuel} \]

kimi verir.

Daha sonra hava/yanacaq nisbəti:

\[ AFR= \frac{\dot V\,\rho_{air}} {A_{bed}\,BR} \]

ilə hesablanmışdır.

Lakin mənbənin xülasəsində və bəzi nəticə qrafiklərində BR əvəzinə IR — ignition rate termini istifadə olunur. Bu terminoloji fərq mənbənin adından səssizcə düzəldilməmişdir.

Dörd Fazalı Yanma Çərçivəsi Necə İşləyir?

Təklif olunan çərçivə ümumi istilik istehsalını bərk faza və qaz fazası oksidləşməsinə ayırır və bunları yanacaq yatağının effektiv konvektiv soyutma qabiliyyəti ilə müqayisə edir. Faza keçidləri bu nisbi istilik istehsalı–soyutma balansının dəyişməsi ilə izah olunur.

Faza I — Közərən yanma

Aşağı ilkin hava şəraitində uçucu maddələr yanacaqla zəngin mühitdə ayrılır. Qaz fazasında oksidləşmə yerli olaraq güclü istilik yarada və yataqda təxminən 1000 °C-lik müvəqqəti temperatur zonaları formalaşdıra bilər.

Bununla belə, oksigen təchizatı qeyri-kafi olduğuna görə bərk yanacağın çevrilməsi eyni dərəcədə sürətlənmir. Tədqiqatçılar bu vəziyyəti közərən və ya smoldering xarakterli yanma kimi şərh edirlər.

Faza II — Əsas qazlaşdırma

Hava miqdarı artdıqda közərən yanmanın əhəmiyyəti azalır və yatağın termal çevrilməsi daha nizamlı qazlaşdırma davranışına keçir. Yanar uçucu maddələr bərk fazadan ayrılır və qaz fazasına daşınır.

Təxminən 30–35 Nm³ h⁻¹ sahəsi tədqiqatda kritik dönüş nöqtəsidir. Bu sahədən aşağıda alovlanma cəbhəsinin sürəti kifayət qədər sabit qalarkən hava/yanacaq nisbəti hava sərfi ilə yüksəlir.

Faza III — Soyumanın üstünlük təşkil etdiyi sönmə

İlkin hava yalnız oksigen gətirmir; eyni zamanda hissəcikləri konvektiv şəkildə soyudur. Hava axını artdıqca bu soyutma qabiliyyəti güclənir.

Ümumi yanma istiliyi yatağın soyutma qabiliyyətindən aşağı düşdükdə temperatur sürətlə azala bilər. Mənbə bunu cooling-dominated extinction fazası kimi təsvir edir.

Bu tədqiqatda faza əvvəlki bəzi araşdırmalarla müqayisədə qısa sürmüşdür. Yüksək qazlaşdırma sürətləri yatağın sürətlə çökməsinə və sonrakı yanma fazasının erkən başlamasına səbəb olmuşdur.

Faza IV — Yatağın çökməsi və yüksək temperaturlu yanma

Char hissəcikləri parçalandıqca yataq çökür, hissəciklərin səth/həcm nisbəti artır və oksigenin qalan karbonlu materiala çıxışı yaxşılaşır.

Bu mərhələdə temperatur yenidən kəskin yüksələrək 1200–1300 °C-yə və ən yüksək hava sərfində təxminən 1400 °C-yə yaxınlaşa bilər.

Lakin ən yüksək hava axınında proses artıq yalnız oksigenlə məhdudlaşmır. Yanar qazların yaranma sürəti qaz fazasında tam oksidləşmə üçün lazım olan qarışma sürətini aşa bilər. Beləliklə yüksək oksigen təchizatına baxmayaraq CO və CxHy arta bilər.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Yanma müddəti necə dəyişdi?

İlkin hava artdıqca ümumi yanma müddəti təxminən tərs mütənasib şəkildə qısalmışdır.

Qazlaşdırma müddəti isə monoton davranmamışdır: əvvəl artmış, təxminən 30–35 Nm³ h⁻¹ ətrafında maksimuma çatmış və daha yüksək hava sərflərində azalmışdır.

Temperaturların hava sərfinə reaksiyası

10 Nm³ h⁻¹ şəraitində yataq temperaturu başlanğıcda təxminən 500–600 °C səviyyəsində qalmış və bəzi sahələrdə müvəqqəti olaraq təxminən 1000 °C temperatur artımı yaranmışdır.

Hava artdıqca:

• son temperatur pikləri yüksəlmiş,
• piklər daha kəskin olmuş,
• qazlaşdırma ilə son yanma arasındakı temperatur minimumu daha aydın olmuşdur.

90 Nm³ h⁻¹-də maksimum yanma temperaturu təxminən 1380 °C, orta yanma temperaturu isə təxminən 820 °C kimi bildirilmişdir.

Təxminən 35 Nm³ h⁻¹ Niyə Dönüş Nöqtəsidir?

Təxminən 35 Nm³ h⁻¹ eksperimental məlumatlarda dominant oksigen daşınma mexanizminin dəyişməyə başladığı sahədir. Daha aşağı sərflərdə qaz fazasındakı oksidləşmə üçün oksigen təchizatı mühüm olduğu halda, bu nöqtədən sonra hissəcik səthinə çatan oksigen artır və bərk faza daxilində oksigen diffuziyası getdikcə müəyyənedici olur.

0,08–0,28 kg m⁻² s⁻¹ intervalında:

• IFS təxminən 0,14 mm s⁻¹ ətrafında,
• kütləvi çevrilmə göstəricisi təxminən 0,03 kg m⁻² s⁻¹ ətrafında,
• AFR isə artan hava axını ilə yüksəlir.

0,40 kg m⁻² s⁻¹ və yuxarıda:

• AFR təxminən 15 ətrafında plato yaradır,
• IFS nəzərəçarpacaq dərəcədə yüksəlir,
• bərk yanacağın çevrilmə sürəti də hava axını ilə artır.

Niyə Ən Çox Hava Ən Təmiz Qazı Yaratmır?

70–90 Nm³ h⁻¹ şəraitində oksigenə çıxış güclü olsa da, CO, SO₂ və CxHy pik dəyərləri nəzərəçarpacaq dərəcədə artmışdır. Müəlliflər bunu yatağın çökməsindən sonra yanar qazların yaranma sürətinin qaz fazasındakı qarışma və oksidləşmə qabiliyyətini aşması ilə izah edirlər.

Başqa sözlə, sistem əvvəl:

oksigen tapmaqda çətinlik çəkərkən

daha sonra:

oksigeni yanacaq hissəciyinin daxilinə daşımaqda

və ən yüksək hava sərfində:

yaranan qazları oksigenlə kifayət qədər yaxşı qarışdırmaqda

çətinlik çəkir.

Bu, tədqiqatın birləşdirilmiş çərçivəsinin mərkəzində duran mexanistik keçiddir.

Uçucu maddələrin kütlə balansı

Çıxış qazı sərfi birbaşa ölçülmədiyi üçün tədqiqatçılar azotu daxili istinad izləyicisi kimi istifadə etmişlər. Azot inert qəbul edilərək giriş və çıxış mol miqdarlarının bərabər olduğu fərz edilmişdir.

Karbon balansı:

\[ n_{w,C} = n_{g,C} + n_{v,C} + n_{a,C} \]

şəklində qurulmuşdur.

Burada ağac karbonu ölçülən qaz fazası karbonu, təxmin edilən uçucu maddə karbonu və küldə qalan karbon arasında bölüşdürülür.

Uçucu maddə fraksiyası ümumi:

\[ C_xH_yO_z \]

surrogate birləşməsi ilə təmsil edilmişdir. H və O balanslarından istifadə etməklə \(y\) və \(z\) əmsalları müəyyən edilmişdir.

Bu dəyərlər birbaşa ətraflı kimyəvi növ ölçümü deyil, element kütlə balansına əsaslanan təxmindir.

Alt kül necə dəyişdi?

70 Nm³ h⁻¹-ə qədər inert olmayan ümumi alt kül miqdarı təxminən 80 g, yəni ilkin yanacaq kütləsinin təxminən %1,6-sı səviyyəsində qalmışdır.

35–60 Nm³ h⁻¹ intervalında iri kül fraksiyası yüksəlmiş və plato yaratmışdır. Mənbə bunu yüksək temperaturun külün yumşalmasını, əriməsini və aqqlomerasiyasını dəstəkləməsi ilə əlaqələndirir.

Daha yüksək sərflərdə konvektiv soyutmanın artması iri fraksiyanı yenidən azaltmışdır. 90 Nm³ h⁻¹ şəraitində ümumi alt kül miqdarı da nəzərəçarpacaq dərəcədə azalmışdır; incə külün qazla daşınmasının bunda mühüm rol oynadığı düşünülür.

Alt külün ümumi üzvi karbon tərkibi 90 Nm³ h⁻¹ şəraiti istisna olmaqla bütün təcrübələrdə %3-dən aşağı qalmışdır.

Təcrübələr nə dərəcədə təkrarlana bilir?

35 Nm³ h⁻¹ şəraiti doqquz dəfə təkrarlanmışdır.

Qaz profillərinin təkrarlana bilməsi

Üst-üstə düşmə əmsalı 0 ilə 1 arasındadır. 1 iki normallaşdırılmış profilin tam üst-üstə düşməsini, 0 isə ortaq sahənin olmamasını bildirir.

O₂, H₂O və CO₂ kimi əsas proses qazlarının profilləri kifayət qədər təkrarlana bildiyi halda, CxHy ölçməsinin aşağı üst-üstə düşməsi istifadə olunan NDIR kanalının keyfiyyət xarakteri ilə uyğundur.

Tədqiqatın dəstəklədiyi nəticələr

• İlkin hava sərfi sabit yataqlı tullantı ağac yanmasının həm zaman miqyasını, həm də dominant reaksiya mexanizmini güclü şəkildə dəyişir.
• Közərən yanmadan yüksək temperaturlu oksidləşməyə qədər geniş eksperimental diapazon eyni pilot sistemdə müşahidə edilmişdir.
• Təxminən 35 Nm³ h⁻¹ ətrafında oksigen daşınma mexanizmində aydın keçid görünür.
• Ən yüksək ilkin hava şəraitində qaz fazası oksidləşməsi oksigen miqdarından daha çox qarışma ilə məhdudlaşa bilər.
• Yatağın çökməsi və parçalanması son yüksək temperaturlu yanma fazasının inkişafında kritik rol oynayır.
• Dörd fazalı çərçivə əvvəlki iki və üç fazalı izahları vahid eksperimental şərh altında birləşdirə bilər.
• 35 Nm³ h⁻¹-də doqquz təkrar əsas temperatur və qaz ölçmələrinin çoxunun pilot miqyasda qənaətbəxş təkrarlana bilmə göstərdiyini ortaya qoymuşdur.

Tədqiqatın dəstəkləmədiyi nəticələr

• Nəticələr bütün lignoselülozik tullantılara avtomatik şamil edilə bilməz; təcrübələr konkret tikinti-söküntü tullantı ağac qarışığı ilə aparılmışdır.
• Pilot reaktor nəticələri tam miqyaslı sənaye ızgaralı soba performansının birbaşa ölçümü deyil.
• Bu təcrübələrdə sekonder hava tətbiq edilməmişdir.
• 70 və 90 Nm³ h⁻¹ şəraitində yalnız bir təcrübə olduğuna görə bu ekstremal iş nöqtələrinin statistik etibarlılığı 35 Nm³ h⁻¹ istinad şəraitindən daha aşağıdır.
• CxHy dəyərləri ayrı-ayrı karbohidrogenlərin etibarlı kəmiyyət konsentrasiyaları kimi şərh edilə bilməz.
• Uçucu fraksiya CxHyOz surrogate birləşməsi və kütlə balansı vasitəsilə təxmin edilmişdir; ətraflı kimyəvi növ paylanması birbaşa ölçülməmişdir.
• Təklif olunan dörd fazalı çərçivənin istilik istehsalı və soyutma əyriləri konseptualdır; bunlar mütləq kalorimetrik enerji əyriləri deyil.
• Çərçivə ilkin alovlanma mexanizmini modelləşdirmir.
• Müəlliflərin “qarışma ilə məhdud” rejim şərhi qaz tərkibi və termal davranışla dəstəklənir; lakin tədqiqat birbaşa qaz-fazası turbulentliyi və ya qarışma sahəsi ölçməsi təqdim etmir.

Elmi mənası

Tədqiqatın ən mühüm nəticəsi sabit yataqlı yanmanın sadə “daha çox hava / daha az hava” optimallaşdırma problemi olmadığını göstərməsidir.

İlkin hava miqdarı artdıqca sistemdə dominant məhdudlaşdırıcı proses qaz fazasındakı oksigen təchizatından hissəcik daxilində oksigen daşınmasına və sonda qaz fazasındakı qarışmaya keçə bilər.

Buna görə sənaye ızgaralı sobada optimal hava paylanması yalnız stoxiometrik oksigen tələbinə baxılaraq müəyyən edilə bilməz. İstilik itkisi, yanacaq yatağının quruluşu, alovlanma cəbhəsinin irəliləməsi, yatağın çökməsi və qaz fazasındakı qarışma birlikdə qiymətləndirilməlidir.

Təklif olunan dörd fazalı çərçivənin potensial dəyəri burada ortaya çıxır: müxtəlif laboratoriya və ya pilot tədqiqatlarını yalnız istifadə olunan hava sərfinə görə deyil, təcrübənin faktiki olaraq hansı fiziki yanma rejimini təmsil etdiyinə görə müqayisə etməyə imkan verən ortaq şərh dili təqdim edir.

Mənbə və Metod Qeydi

Orijinal tədqiqat: A Unified Experiment-Based Framework for Packed-Bed Batch Combustion of Lignocellulosic Waste: From the Smoldering to the High-Temperature Oxidation Regime

Müəlliflər: Siebe Borremans, Raf Vandevelde, Jo Van Caneghem, Tomaž Katrašnik, Tine Seljak, Maarten Vanierschot, Johan De Greef

Əlaqə müəllifi: PDF-də Siebe Borremansın KU Leuven e-poçt ünvanı göstərilir.

Qurumlar: KU Leuven, Department of Materials Engineering; University of Ljubljana, Faculty of Mechanical Engineering; KU Leuven, Department of Mechanical Engineering; North-West University, Materials Science, Innovation and Modelling Research Focus Area.

Mənbə növü: Rəyçi qiymətləndirməsindən keçməmiş tədqiqat preprinti.

Platforma: SSRN.

SSRN Abstract ID: 7381498.

DOI: 10.2139/ssrn.7381498.

İl: 2026.

Lisenziya: Mənbə PDF-də açıq Creative Commons və ya ekvivalent təkrar istifadə lisenziyası təsdiqlənməmişdir. Mənbə şəkilləri Verianla-da birbaşa təkrar istifadə edilməməlidir.

Təcrübə yanacağı: Tikinti və söküntü mənşəli tullantı ağac; xırdalanıb homogenləşdirilmiş təxminən 10 mm yanacaq.

Təcrübə sistemi: ThERMINATOR yarım-kəsikli pilot sabit yataq yanma reaktoru.

Təcrübə sayı: 23.

İlkin hava diapazonu: 10–90 Nm³ h⁻¹.

Hava kütlə axını: 0,08–0,71 kg m⁻² s⁻¹.

Ölçülən əsas qazlar: CO, CO₂, H₂O, O₂, HCl, SO₂, NOₓ və CxHy göstəricisi.

Əsas nəticə: Artan ilkin hava dominant sürət məhdudlaşdırıcı mexanizmi oksigen təchizatı → hissəcik daxilində oksigen diffuziyası → yatağın çökməsindən sonra qaz fazasında qarışma məhdudiyyəti istiqamətində dəyişdirmişdir.

Təklif olunan çərçivə: Közərən yanma → qazlaşdırma → soyumanın üstünlük təşkil etdiyi sönmə → yüksək temperaturlu yanma / qarışma ilə məhdud rejim.

Təkrarlana bilmə: 35 Nm³ h⁻¹ şəraiti doqquz dəfə təkrarlanmış; əsas proses göstəricilərinin çoxunda RSDᵣ %20 və ya aşağı tapılmışdır.

Maliyyələşdirmə: Fonds Wetenschappelijk Onderzoek – Vlaanderen (FWO), G023125N.

Müəllif töhfələri: Siebe Borremans — formal analiz, tədqiqat, vizuallaşdırma və ilk qaralama; Raf Vandevelde — məlumat kurasiyası, metod və nəzərdən keçirmə; digər müəlliflər maliyyələşdirmə, resurs, metod, nəzarət və mətnin nəzərdən keçirilməsi vəzifələrinə töhfə vermişlər.

Mənbədaxili terminologiya qeydi: Metodda IFS × yanacaq sıxlığı ilə hesablanan kəmiyyət BR kimi təyin edildiyi halda xülasədə və bəzi nəticə bölmələrində IR termini istifadə olunur. Verianla bu terminoloji fərqi mənbənin adından səssizcə aradan qaldırmamışdır.

Mənbədaxili dizgi qeydi: Preprintdə “Error! Reference source not found.” ifadəsi, figure placeholder-ları və birləşdirilmiş çərçivə üçün “Figure 63” yazımı kimi istehsal/dizgi qalıqları mövcuddur. Elmi məzmun bunlardan müstəqil qiymətləndirilmişdir.

Vizual istifadə qeydi: Yanacaq fotoşəkilləri, ThERMINATOR sxemi, temperatur/qaz qrafikləri, kül görüntüləri və dörd fazalı mənbə fiquru birbaşa yenidən yayımlanmamalıdır. Mənbədə bildirilən fiziki əlaqələr və sayısal məlumatlardan istifadə etməklə orijinal Verianla sxemləri hazırlana bilər.