Экспериментальные исследования влияния давления суспензионного топлива и воздуха на структуру факела в процессе распыла

Представлены результаты экспериментальных исследований процесса пневмомеханического распыла суспензионного топлива с пластификатором в аэродинамическом имитаторе топки энергетического котла. Выполнен анализ современного состояния в области исследования процессов распыла суспензионных топлив. Проанализировано влияние давления суспензионного топлива и воздуха на структуру формирующегося факела. Определены значения характерных размеров трех зон факела: сердцевина, средняя и внешняя зоны. Экспериментально подтверждено влияние давления распыляемого суспензионного топлива и воздуха на период формирования стабильной структуры факела и геометрические характеристики зон. Выделены диапазоны скоростей и размеров капель в потоке при различных давлениях. Получены количественные значения капель суспензионного топлива, обладающих различными скоростями, в процессе его пневмомеханического распыла. Установлено, что наибольшее число частиц в области исследования обладают скоростями до 8 м/с; значительное количество капель (до 20%) имеют скорости от 8 до 32 м/с; для 1% капель характерны скорости 32 м/с и более. При обработке результатов не учитывались образующиеся частицы-аэрозоли размером 1 мкм и менее. Определены значения критерия We для соответствующих размеров и скоростей капель распыляемого суспензионного топлива. Установлено, что значительная часть капель претерпевает катастрофическое дробление, характерное при значениях чисел We от 7800 и более. Полученные результаты могут быть использованы при математическом и физическом моделировании процесса распыла суспензионных топлив в топках энергетических котлов с целью прогностических оценок аэродинамических характеристик проектируемых и действующих агрегатов.

1. Овчинников Ю.В., Бойко Е.Е., Серант Ф.А. Проблемы сжигания водоугольных топлив и предложения по разработке технологии сжигания // Доклады академии наук высшей школы российской федерации. 2015. №1 (26). С. 85-93.

2. Status of DOE's Clean Coal Program. Available at: URL: https://www.energy.gov/fe/articles/status-does-clean-coal-program. Accessed to: 19 Feb 2019.

3. Делягин Г.Н. Экологически чистое топливо ЭКОВУТ – путь резкого улучшения экологической ситуации в энергетике России // Материалы международной научно-практической конференции «Экология энергетики 2000». 2000. С. 320-323.

4. Саломатов В.В. Состояние и перспективы угольной и ядерной энергетик России // Теплофизика и аэромеханика. 2009. №16 (4). С. 531-544.

5. Clean Coal Technology Demonstration Program. Available at: URL: https://www.energy.gov/fe/downloads/clean-coal-technology-demonstration-program. Accessed to: 19 Feb 2019.

6. Kurgankina M.A., Nyashina G.S., Strizhak P.A. Advantages of switching coal-burning power plants to coal-water slurries containing petrochemicals // Applied Thermal Engineering. 2019. pp. 998-1008.

7. Murko V., Hamalainen V. The Development of Environmentally Friendly Technologies of Using Coals and Products of Their Enrichment in the Form of Coal Water Slurries // E3S Web of Conferences. 2017. V. 21.

8. Lefebvre A.H. Airblast atomization // Progress in Energy and Combustion Science. 1980. V. 6. pp. 233-261.

9. Lefebvre A.H., McDonell V.G. Atomization and Sprays. 2nd edition. Boca Raton: CRC Press. 2017.

10. Urbán A., Malý M., Józsa V., et al. Effect of liquid preheating on high-velocity airblast atomization: From water to crude rapeseed oil // Experimental Thermal and Fluid Science. 2019. pp. 137-151.

11. Esteban B., Riba J.-R., Baquero G., et al. Temperature dependence of density and viscosity of vegetable oils // Biomass & Bioenergy. 2012. V. 42. pp. 164–171.

12. Wang X.F., Lefebvre A.H. Influence of fuel temperature on atomization performance of pressure- swirl atomizers // Journal of Propulsion and Power. 1988. V. 4. P. 222–227.

13. Shah P.R., Ganesh A. Study the influence of pre-heating on atomization of straight vegetable oil through Ohnesorge number and Sauter mean diameter // Journal of the Energy Institute. 2017.

14. Hanna R., Zoughaib A. Atomization of high viscosity liquids through hydraulic atomizers designed for water atomization // Experimental Thermal and Fluid Science. 2017. V.85. pp. 140-153.

15. Park S.H., Kim H.J., Suh H.K., Lee C.S. Experimental and numerical analysis of spray- atomization characteristics of biodiesel fuel in various fuel and ambient temperatures conditions // International Journal of Heat and Fluid Flow. 2009. V.30. pp. 960-970.

16. Al-Shudeifat M.A., Donaldson A.B. Combustion of waste trap grease oil in gas turbine generator // Fuel. 2010. V. 89. pp. 549-553.

17. Seljak T., Oprešnik S.R., Kunaver M., et al. Effects of primary air temperature on emissions of a gas turbine fired by liquefied spruce wood // Biomass & Bioenergy. 2014. V.71. pp. 394-407.

18. Seljak T., Katrašnik T. Designing the microturbine engine for waste-derived fuels // Waste Management. 2016. V. 47. pp. 299-310.

19. Zenkov A., Larionov K., Yankovsky S., et al. Research of rheological properties improvement methods of coal-water fuel based on low-grade coal // MATEC Web of Conferences. 2017. V. 141.

20. Kijo–Kleczkowska A. Combustion of coal–water suspensions // Fuel. 2011. V.90. pp. 865-877.

21. Saito M., Sadakata M., Sakai T. Single droplet combustion of coal-oil/methanol/water mixtures // Fuel. 1983. V.63. pp. 1481-1486.

22. Borodulya V.A., Buchilko E.K., Vinogradov L.M. Some special features of combusting the coal- water fuel made of Belarussian brown coals in the fluidized bed // Thermal Engineering. 2014. V.61. pp. 497- 502.

23. Robak J., Ignasiak K., Rejdak M. Evaluation of the effects of coal grinding in terms of coal water slurry preparation // E3S Web of Conference. 2016. V.8.

24. Glushkov D.O., Lyrshchikov S.Y., Shevyrev S.A., et al. Burning properties of slurry based on coal and oil processing waste // Energy & Fuels. 2016. V.30. pp. 3441-3450.

25. Glushkov D.O, Kuznetsov G.V., Strizhak P.A. Simultaneous ignition of several droplets of coal– water slurry containing petrochemicals in oxidizer flow // Fuel Processing Technology. 2016. V.152. pp. 22- 33.

26. Glushkov D.O., Syrodoy S.V., Zhakharevich A.V., et al. Ignition of promising coal-water slurry containing petrochemicals: analysis of key aspects // Fuel Processing Technology. 2016. V.148. pp. 224-235.

27. Larionov K.B., Zenkov A.V., Yankovsky S.A., et al. Change of coal-water fuel rheological properties by rotary flows modulation // Proceedings – 2016 11th International Forum on Strategic Technology, IFOST 2016. 2017. pp. 568-571.

28. Moriyama R., Takeda S., Onozaki M., et al. Upgrading of lowrank coal as coal water slurry and its utilization // International Journal of Coal Preparation and Utilization. 2005. V.25. pp. 193-210.

29. Egorov R.I., Zaitsev A.S., Salgansky E.A. Activation of the fuels with low reactivity using the high-power laser pulses // Energies. 2018. V.11(11).

30. Hsu T. C., Yang S.I. Viscosity Effects of Spray Characteristics in Air-Blast Atomizer // Key Engineering Materials. 2015. V.656-657. pp. 142-147.

31. Yeh Y.H., Hsu T.C., Yang S.I. High viscosity fluid spray characteristics in the twin-fluid atomizer // ASPACC 2015 - 10th Asia-Pacific Conference on Combustion. 2015. 116004.

32. Галустов В.С. Прямоточные распылительные аппараты в теплоэнергетике. М.: Энергоатомиздат, 1989. 240 с.

33. Гвоздяков Д.В., Зенков А.В., Губин В.Е., и др. К вопросу об исследовании структуры потока водоугольного топлива в процессе его пневмомеханического распыла // Вестник Южно- Уральского Государственного Университета. 2018. №18 (4). С. 5-13.