Учёные рассчитали процесс горения водоугольной суспензии – перспективного экологичного топлива для промышленности: Физика

© Wikimedia Commons

Учёные Сибирского федерального университета совместно с коллегами из Новосибирского государственного университета и Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе на основе разработанной численной методики получили зависимость параметров распыливания водоугольной суспензии (ВУС или ВУТ) от соотношения топлива и окислителя. Результат приближает к широкому использованию более экологичного в сравнении с угольной пылью водоугольного топлива в промышленной энергетике. Исследование опубликовано в International Journal of Heat and Mass Transfer.

Водоугольное топливо — перспективная технология в мировой энергетике, которая может повысить эффективность и экологичность сжигания угля. Такое топливо представляет из себя высококонцентрированную суспензию, состоящую из угля, воды и присадок-пластификаторов. Эта смесь, во-первых, сгорает практически на 95-99 %, при этом значительно уменьшаются выбросы оксидов азота, угарного газа, золы.

Специалисты также рассматривают водоугольное топливо как способ утилизации угольных шламов, тонкодисперсных отходов обогащения углей и промышленных стоков. В отличие от традиционной угольной пыли, водоугольная смесь не подвержена взрывам и самовозгоранию. Однако на сегодняшний день есть сложности с проектированием установок для сжигания подобных смесей из-за не до конца изученной схемы распыливания компонентов водоугольного топлива в потоке воздуха, работающего как окислитель.

Красноярские и новосибирские учёные сумели конкретизировать механизм взаимодействия встречных струй (топливной и газовой) внутри пневматической форсунки и их влияние на размер распыляемых капель водоугольного топлива. «Уникальность нашей методики, включающей численное моделирование процессов, заключается в том, что она позволяет получить достаточно реалистичную картину течения многофазного потока и увидеть возникающие эффекты внутри сопла. Экспериментальные методы не всегда позволяют провести подобные измерения в труднодоступных местах, связанных с геометрическими ограничениями исследуемого объекта. При этом стоит отметить, что верификация численной методики практически невозможна без качественных и детальных данных, полученных в эксперименте», — рассказала соавтор исследования, младший научный сотрудник кафедры теплофизики СФУ Дарья Божеева.

По словам учёного, мировыми лидерами в разработке и внедрении водоугольных топлив считаются Китай, Япония, Швеция, США. В России технология считается инновационной и находится в процессе доработки и адаптации под производство – есть попытки внедрения водоугольного топлива на станциях малой мощности. Есть примеры успешных запусков котлов на этом виде топлива. Так же наблюдается интерес к созданию установок по газификации ВУТ с целью получения полезных продуктов.

«Процесс распыливания различных видов жидкостей в устройствах и технике имеет определяющую роль. В частности, от параметров распыливания суспензионного топлива зависит эффективность работы энергетической установки при переработке топлива. Так как водоугольная суспензия является достаточно сложным видом топлива с точки зрения характеристик (которые влияют на параметры распыливания), мы изучаем, как связано взаимодействие суспензионной жидкости с газовыми потоками, а также возникающие эффекты и параметры эффективности распыливания», — уточнила Дарья Божеева. Учёные пояснили, что результаты проекта помогают дальнейшему развитию энергетики с учетом существующих климатических зон России, а совершенствование технологий раздельного и совместного сжигания водоугольного и пылеугольного топлива позволит в обозримом будущем обеспечить высокую эффективность работы котлов и низкие выбросы экологически вредных оксидов азота, что является одной из первостепенных задач развития энергетики в Российской Федерации. Проект поддержан грантом Российского научного фонда, No 25–79–30002.

Источник: indicator.ru