Влияние кавитационной обработки на свойства водоугольных суспензий с добавками пирогенетической жидкости

Цель – проведение экспериментальных исследований, направленных на изучение реологических свойств и характеристик распыления пневматической форсункой водоугольных суспензий с добавками пирогенетической жидкости. Объектом исследования являлась водоугольная суспензия, приготовленная на основе длиннопламенного угля с помощью роторного гидродинамического генератора кавитаций. Динамическая вязкость водоугольных суспензий исследовалась при помощи ротационного вискозиметра Реотест-2. Размер капель распыленных суспензий определялся при помощи метода Interferometric Particle Imaging. При проведении экспериментов использовалась пневматическая форсунка, предназначенная для распыления водоугольных топлив. Значение теплотворной способности составов водоугольных суспензий оценивалось теоретическим методом при помощи уравнения Д.И. Менделеева для расчета низшей теплоты сгорания органических веществ с определенным элементным составом. Установлено, что после кавитационной обработки двухкомпонентного водоугольного топлива в течение 90 с значение вязкости снижается на 48%. Показано, что в случае замещения воды аналогичным по массе (от 5 до 20%) количеством пирогенетической жидкости вязкость водоугольного топлива увеличивается. Кавитационная обработка данных суспензий способствует снижению вязкости таких трехкомпонентных водоугольных топлив на 27–45%. Исследования статической седиментации показали, что после кавитационной обработки водоугольных суспензий осаждение частиц угля начинается после 24 часов. Установлено, что обработка суспензий в течение 27 и 90 с в роторном гидродинамическом генераторе кавитаций способствует снижению среднего размера капель в струе после распыления пневматической форсункой на 5,5% и 6,5%, соответственно. Введение в состав водоугольного топлива пирогенетической жидкости приводит к росту теплотворной способности топлива на 6,9%. Таким образом, использование пирогенетической жидкости в составе водоугольного топлива и его обработка в роторном гидродинамическом генераторе кавитаций позволяют решить проблему низкой реакционной способности водоугольных суспензий.

1. Кашин Е.М., Диденко В.Н. Технология подготовки и газификации экологичного вида топлива // Экологическое образование и охрана окружающей среды. Технические университеты в формировании единого научнотехнологического и образовательного пространства СНГ. М.: Ассоциация технических университетов, 2014. Т. 2. С. 192–195.

2. Хрусталев Б.М., Пехота А.Н. Технология эффективного использования углеводородсодержащих отходов в производстве многокомпонентного твердого топлива // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2016. Т. 59. № 2. С. 122–140. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2016-59-2-122-140.

3. Иванова И.Ю., Ижбулдин А.К., Тугузова Т.Ф., Майсюк Е.П. Эколого-экономическая эффективность применения альтернативных энергетических технологий для снижения антропогенной нагрузки в центральной экологической зоне байкальской природной территории // Альтернативная энергетика и экология. 2020. № 25-27. С. 138–146.

4. Герасимова Н.П., Федчишин В.В. Перспективы и возможности использования водоугольного топлива в энергетике // Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири: матер. Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием (г. Иркутск, 21–24 апреля 2020 г.). Иркутск: ИРНИТУ, 2020. Т. 2. С. 104–108.

5. Dmitrienko M.A., Strizhak P.A. Coal-water slurries containing petrochemicals to solve problems of air pollution by coal thermal power stations and boiler plants: an introductory review // Science of Total Environment. 2018. Vol. 613-614. P. 1117–1129. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.09.189.

6. Alekseenko S.V., Dekterev A.A., Maltsev L.I., Kuznetsov V.A. Implementation of a three-stage scheme for the cocombustion of pulverized coal and coal-water slurry in an industrial boiler to reduce NOx emissions // Process Safety and Environmental Protection. 2023. Vol. 169. P. 313–327. https://doi.org/10.1016/j.psep.2022.11.034.

7. Хрусталев Б.М., Пехота А.Н., Нгуен Нга Тху, Ву Фап Минь. Твердое топливо на основе отходов малоиспользуемых горючих энергоресурсов // Наука и техника. 2021. Т. 20. № 1. С. 58–65. https://doi.org/10.21122/2227-10312021-20-1-58-65.

8. Джундубаев А.К., Султаналиев М.С., Мурко В.И., Кулагина Л.В., Баранова М.П. Режимы течения топливных водоугольных суспензий в каналах распыливающих устройств // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии. 2018. Т. 11. № 2. С. 242–249.

9. Syrodoy S.V. The influence of radiative-convective heat transfer on ignition of the drops of coal-water fuel // Thermophysics and Aeromechanics. 2018. Vol. 25. Iss. 3. P. 429–443. https://doi.org/10.1134/S0869864318030101.

10. Baranova M.P., Kulagin V.A., Taraban’ko V.E. Nature of stabilization of water-coal fuel suspensions // Russian Journal of Applied Chemistry. 2011. Vol. 84. Iss. 6. P. 939–944. https://doi.org/10.1134/S1070427211060073.

11. 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. № 3-4. С. 41–52.

12. Алексеенко С.В., Мальцев Л.И., Кравченко И.В., Дектерев А.А., Кузнецов В.А. Технология приготовления водоугольного топлива и его сжигания в котлах малой мощности // Химия и химическая технология. Современные проблемы: сб. статей / под ред. З.А. Мансурова. Вып. 7. Алматы: Казахский нац. ун-т им. аль-Фараби, 2022. 355 с.

13. Mal’tsev L.I., Belogurova T.P., Kravchenko I.V. Influence of high-energy impact on the physical and technical characteristics of coal fuels // Thermal Engineering. 2017. Vol. 64. Iss. 8. P. 585–590. https://doi.org/10.1134/S0040601517080067.

14. Kuznetsov G.V., Romanov D.S., Vershinina K.Yu., Strizhak P.A. Rheological characteris-tics and stability of fuel slurries based on coal processing waste, biomass and used oil // Fuel. 2021. Vol. 302. Р. 121203. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.121203.

15. Loureiro L.M.E.F., Gil P.B.F., Campos F.V.V., Nunes L.J.R., Ferreira J.M.F. Dispersion and flow properties of charcoal oil slurries (ChOS) as potential renewable industrial liquid fuels // Journal of the Energy Institute. 2018. Vol. 91. Is s. 6. P. 978–983. https://doi.org/10.1016/j.joei.2017.08.001.

16. Tareq M.M., Dafsari R.A., Jung Seungchae, Lee Jeekeun. 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. Р. 103240. https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2020.103240.

17. Mlkvik M., Stähle P., Schuchmann H.P., Gaukel V., Jedelsky J., Jicha M. 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. P. 19–31. https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2015.06.010.

18. Anufriev I.S., Shadrin E.Yu., Kopyev E.P., Alekseenko S.V., Sharypov O.V. Study of liquid hydrocarbons atomizationby supersonic air or steam jet // Applied Thermal Engineering. 2019. Vol. 163. Р. 114400. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.114400.

19. Alekseenko S.V., Anufrieva I.S., Dektereva A.A., Kuznetsova V.A., Maltsev L.I., Minakova A.V., et al. Experimental and numerical investigation of aerodynamics of a pneumatic nozzle for suspension fuel // International Journal of Heat and Fluid Flow. 2019. Vol. 77. P. 288–298. https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2019.04.013.

20. Alekseenko S.V., Bilsky A.V., Dulin V.M., Markovich D.M. Experimental study of an impinging jet with different swirl rates // International Journal of Heat and Fluid Flow. 2007. Vol. 28. Iss. 6. P. 1340–1359. https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2007.05.011.