Математическая модель горения капли композиционного топлива на основе промышленных и коммунальных отходов

22 Apr 2021, 14:20
20m
oral Environmentally-Friendly Energy Conversion and Supply Enviromentally-Frendly Energy Conversion and Supply

Speaker

Ms Kristina Paushkina (Tomsk Polytechnic University)

Description

В настоящее время одной из основных мировых экологических проблем является загрязнение окружающей среды промышленными и коммунальными отходами, в том числе горючими. Только в России на полигонах хранится более 94 Гтонн отходов. Их относительно высокий энергетический потенциал, а также необходимость снижения загрузки полигонов и улучшения экологической обстановки характеризуют перспективы утилизации отходов путем сжигания в составе композиционных жидких топлив (смесь мелкодисперсного угля, воды, отработанных индустриальных масел, измельченных твердых коммунальных отходов). Перспективным направлением развития промышленной теплоэнергетики является замена твердых натуральных топлив на более доступные и дешевые композиционные жидкие топлива, газообразные продукты сгорания которых представляют меньшую экологическую опасность (за счет протекания химических реакций в полувосстановительной среде) по сравнению с дымовыми газами при сжигании сухого угля.
Применение на практике композиционных топлив требует разработки группы составов с прогнозируемыми характеристиками процессов зажигания и горения. Научное обоснование перспективного компонентного состава топлива на основании результатов экспериментальных исследований представляет длительный и трудоемкий процесс. Разработка математической модели горения таких топлив позволит интенсифицировать исследования и разработки в области экоэнергетики. Поэтому целью настоящей работы является разработка на основании результатов экспериментальных исследований [1, 2] математической модели горения одиночной капли композиционного жидкого топлива в разогретом до высоких температур воздушном потоке.
В рамках разработанной в среде программирования ANSYS FLUENT (ANSYS Inc., США) математической модели, описывающей процессы сушки, пиролиза, газификации и горения, выполнено исследование влияния группы факторов (компонентный состав капли и газовой среды; температура и скорость газовой среды; начальный размер капли) на изменение температуры капли при нагревании и характеристики процессов зажигания и горения топлива в условиях, соответствующих условиям протекания процессов при сжигании топлива в топках котлов. Верификация разработанной математической модели и результатов численного моделирования выполнена путем оценки консервативности используемой разностной схемы и сравнения с экспериментальными данными.

Исследование выполнено при поддержке гранта РФФИ № 18-43-700001 р_а.

Список источников:
1. Glushkov, D.O.; Paushkina, K.K.; Shabardin, D.P.; Strizhak, P.A. Environmental aspects of converting municipal solid waste into energy as part of composite fuels. J. Clean. Prod. 2018, 201, 1029–1042, doi:10.1016/j.jclepro.2018.08.126.
2. Glushkov, D.O.; Feoktistov, D.V.; Kuznetsov, G.V.; Batishcheva, K.A.; Kudelova, T.; Paushkina, K.K. Conditions and characteristics of droplets breakup for industrial waste-derived fuel suspensions ignited in high-temperature air. Fuel 2020, 265, 116915, doi:10.1016/j.fuel.2019.116915.

Primary authors

Dr Dmitrii Glushkov (Tomsk Polytechnic University) Ms Kristina Paushkina (Tomsk Polytechnic University) Mr Maxim Glotov (Tomsk Polytechnic University)

Presentation Materials