Квазигорячее распыление водоугольных суспензий с добавками пирогенетической жидкости

Актуальность работы обусловлена отсутствием в литературе результатов исследований влияния нагрева многокомпонентных водоугольных суспензий на реологические свойства и характеристики распыления.

ЦЕЛЬ. Обоснование эффективности термической подготовки водоугольных суспензий на основе пирогенетической жидкости по результатам экспериментальных исследований.

МЕТОДЫ. При решении поставленной задачи применялись ротационный вискозиметр Brookfield RVDV-II+Pro, ареометры общего назначения, метод Interferometric Particle Imaging.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Установлено, что при замещении воды в составе водоугольного топлива аналогичным по массе (не более 25%) количеством пирогенетической жидкости значение плотности суспензии увеличится на 14% при температуре 293 К. Предварительный нагрев водоугольных суспензий до 363 К позволяет снизить рост значения плотности до 7%. Результаты экспериментов показали, что наибольшее влияние термической подготовки исследовавшихся суспензий на их динамическую вязкость характерно для диапазона температур от 293 до 333 К. При таких значениях температур снижение вязкости суспензии возможно на 17-20%. Предварительный нагрев суспензий перед распылением в диапазоне изменения температур от 293 до 333 К позволяет увеличить угол раскрытия струи на 21-29% в сравнении с двухкомпонентным водоугольным топливом при температуре 293 К. Замещение более 25% по массе воды пирогенетической жидкостью в составе водоугольного топлива нецелесообразно для исследовавшейся марки угля с точки зрения значительного увеличения вязкости. Предварительный нагрев водоугольного топлива перед распылением позволяет снизить значение среднего размера капель на 5-9%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Обоснована эффективность термической подготовки водоугольных суспензий на основе пирогенетической жидкости по результатам экспериментальных исследований реологических свойств и характеристик распыления.

1. Садовский Д.Ю., Макаров А.С., Савицкий Д.П., и др. Получение композиционного водоугольного топлива с применением глицерина // Вопросы химиии и химической технологии. 2017. Т. 1. № 110. С. 59–63.

2. Саламатин А.Г. О состоянии и перспективах использования водоугольного топлива в России // Уголь. 2000. Т. 3. С. 10–15.

3. Няшина Г.С. Исследование способов снижения влияния тепловых электрических станций на окружающую среду при сжигании суспензионных топлив из отходов углеобогащения и биомассы: Дис. … канд. тех. наук. Москва; 2018. 201 с.

4. Shukla S.C., Kukade S., Mandal S.K., et al. Coal–oil–water multiphase fuel: Rheological behavior and prediction of optimum particle size // Fuel. 2008. Vol. 87, N15–16. pp. 3428-3432.

5. Zhao Z., Wang R., Ge L., et al. Energy utilization of coal-coking wastes via coal slurry preparation: The characteristics of slurrying, combustion, and pollutant emission // Energy. 2019. Vol. 168. pp. 609-618.

6. Kuznetsov G.V., Syrodoy S.V., Purin M.V., et al. Justification of the possibility of car tires recycling as part of coal-water composites // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2021. Vol. 9, N1. pp. 1-21.

7. Strizhak P.A., Vershinina K.Y. Maximum combustion temperature for coal-water slurry containing petrochemicals // Energy. 2017. Vol. 120. pp. 34-46.

8. Zhou H., Li Y., Li N., et al. Conversions of fuel-N to NO and N2O during devolatilization and char combustion stages of a single coal particle under oxy-fuel fluidized bed conditions // Journal of the Energy Institute. 2019. Vol. 92. pp. 351-363.

9. Chen R., Wilson M., Leong Y.K., et al. Preparation and rheology of biochar, lignite char and coal slurry fuels // Fuel. 2011. Vol. 90, N4. pp. 1689-1695.

10. Баранова М.П. Влияние пластифицирующих добавок на реологические характеристики водоугольных суспензий из углей разной степени метаморфизма // Труды КГТУ. 2006. Т. 2, N3. С. 143–147.

11. Мингалеева Г.Р., Гайнетдинов А.В., Шакиров Р.Р., Ахметов Э.А. Сравнительный анализ способов снижения вязкости водоугольных топлив // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2015, N7-8. С. 37-46.

12. Glushkov D.O., Syrodoy S.V., Zakharevich A.V., et al. Ignition of promising coalwater slurry containing petrochemicals: analysis of key aspects // Fuel Processing Technology. 2016. Vol. 148. pp. 224-235.

13. Nikitin A.D., Nyashina G.S., Ryzhkov A.F., et al. Anthropogenic emissions from the combustion of composite coal-based fuels // Science of the Total Environment. 2021. Vol. 772. pp. 144909.

14. Дмитриенко М.А., Няшина Г.С., Шлегель Н.Е., Шевырев С.А. Снижение антропогенных выбросов при сжигании углей и отходов их переработки в качестве компонентов органоводоугольных суспензий // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2017. Т. 19, N3-4. С. 41-52.

15. Ma X., Duan Y., Liu M. Atomization of petroleum-coke sludge slurry using effervescent atomizer // Experimental Thermal and Fluid Science. 2013. Vol. 46. pp. 131-138.

16. Daviault S.G., Ramadan O.B., Matida E.A., et al. Atomization performance of petroleum coke and coal water slurries from a twin fluid atomizer // Fuel. 2012. Vol. 98. pp. 183-

17.

18. Gvozdyakov D., Zenkov A. Improvement of atomization characteristics of coal-water slurries // Energy. 2021. Vol. 230. 120900.

19. Gvozdyakov D., Zenkov A. Influence of petrochemicals on jet characteristics after coal-water fuel spraying // Fuel Processing Technology. 2021. Vol. 218. 106864.

20. Mitchell E.J.S., Gudka B., Whittaker C., et al. The use of agricultural residues, wood briquettes and logs for small-scale domestic heating // Fuel Processing Technology. 2020. Vol. 210. 106552.

21. Kwoczynski Z., Čmelík J. Characterization of biomass wastes and its possibility of agriculture utilization due to biochar production by torrefaction process // Journal of Cleaner Production. 2021. Vol. 280. 124302.

22. Mlkvik M., Stähle P., Schuchmann H.P., et al. Twin-fluid atomization of viscous liquids: The effect of atomizer construction on breakup process, spray stability and droplet size // International Journal of Multiphase Flow. 2015. Vol. 77. pp. 19-31.

23. Kim H.H., Park Y.H., Han K., et al. Combustion and emission characteristics of a reprocessed used lubricating oil as a renewable fuel for boiler cold start-up operation // Energy. 2021. Vol. 222. 119784.

24. Anufriev I.S., Shadrin E.Yu., Kopyev E.P., et al. Study of liquid hydrocarbons atomization by supersonic air or steam jet // Applied Thermal Engineering. 2019. V. 163. 114400.

25. Alekseenko S.V., Anufriev I.S., Dekterev A.A., et al. Experimental and numerical investigation of aerodynamics of a pneumatic nozzle for suspension fuel // International Journal of Heat and Fluid Flow. 2019. V. 77. pp. 288-298.

26. Alekseenko S.V., Bilsky A.V., Dulin V.M., et al. Experimental study of an impinging jet with different swirl rates // International Journal of Heat and Fluid Flow. 2007. Vol. 28, N6. pp. 1340-1359.

27. Hang J., Bae C., Lee K.O. Initial development of non-evaporating diesel sprays in common-rail injection systems // International Journal of Engine Research. 2003. Vol. 4. pp. 283-

28.

29. Loureiro L.M.E.F., Gil P.B.F., Vieira de Campos F.V., et al. Dispersion and flow properties of charcoal oil slurries (ChOS) as potential renewable industrial liquid fuels // Journal of the Energy Institute. 2018. Vol. 91, N6. pp. 978-983.

30. Tareq M.M., Dafsari R.A., Jung S., et al. Effect of the physical properties of liquid and ALR on the spray characteristics of a pre-filming airblast nozzle // International Journal of Multiphase Flow. 2020. Vol. 126. 103240.

31. Minakov A.V., Shebelev A.A., Strizhak P.A., et al. Study of the Weber number impact on secondary breakup of droplets of coal water slurries containing petrochemicals // Fuel. 2019. Vol. 254. 115606.

32. Shin J., Kim D., Seo J., et al. Effects of the physical properties of fuel on spray characteristics from a gas turbine nozzle // Energy. 2020. Vol. 205. 118090.

33. Kuznetsov G.V., Romanov D.S., Vershinina K.Yu., et al. Rheological characteristics and stability of fuel slurries based on coal processing waste, biomass and used oil // Fuel. 2021. Vol. 302. 121203.

34. Aleiferis P.G., van Romunde Z.R. An analysis of spray development with iso-octane, npentane, gasoline, ethanol and n-butanol from a multi-hole injector under hot fuel conditions // Fuel. 2013. Vol. 105. pp. 143-168.

35. Kuznetsov G.V., Strizhak P.A., Valiullin T.R., et al. Atomization behavior of composite liquid fuels based on typical coal processing wastes // Fuel Processing Technology. 2022. Vol. 225. 107037.

36. Shadrin E.Yu., Anufriev I.S., Butakov E.B., et al. Coal-water slurry atomization in a new pneumatic nozzle and combustion in a low-power industrial burner // Fuel. 2021. Vol. 303. 121182.

37. Zheng J., Xu Y., Wang Q., et al. Characteristics of particle size and velocity of droplets of coal water slurry subjected to air-blast electrostatic atomization using a phase Doppler particle analyzer // Journal of Electrostatics. 2019. Vol. 98. pp. 40-48.