Математические моделирование процессов сжигания водоугольного топлива в судовых котлах малой мощности

В настоящее время уголь по-прежнему играет важную роль в мировой экономике. По оценкам запасов ископаемого угля в мире, его хватит на 200 — 250 лет при сохранении темпов его расхода. Его доля в мировом потреблении топливно-энергетических ресурсов составляет около 30 %, при этом до 40 % мировой электроэнергии производится на угольных электростанциях. Однако существует ряд экологических, экономических и технологических сложностей, связанных с использованием угля в энергетике. Решением проблем является совершенствование технологии добычи и процесса обогащения угля, а также разработка новых экологичных видов топлива на его основе. Одним из таких видов топлив является водоугольнoе топливо (ВУТ). В статье представлены результаты численного моделирования сжигания ВУТ в судовом водогрейном котле малой мощности. Модель была построена в программном комплексе ANSYS Fluent на базе разработанной математической модели процессов гидродинамики, тепломассообмена и кинетики термохимических преобразований топлива при горении ВУТ. Проанализированы различные варианты работы котла, позволяющие обеспечить режимы как твердого, так и жидкого шлакоудаления для обеспечения низких вредных выбросов в окружающую среду.

1. Ходаков Г.С. Водоугольные суспензии в энергетике // Теплоэнергетика. 2007, № 1, c. 35 — 45.

2. Тугов А.Н., Майданик М.Н. Угольная электрогенерация в России: Состояние и перспективы // Материалы II Международной научнотехнической конференции «Перспективы развития новых технологий в энергетике России» Москва ОАО «ВТИ» 26 — 27 октября 2017 г, с. 31 — 41.

3. Нифонтов Ю.А. Механизм структурообразования при брикетировании влажной угольной мелочи с активным связующим // Обогащение руд. № 6, 2020, с. 41 — 46. DOI:10.17580/or.2020.06.07.

4. Делягин Г.Н. Вопросы теории горения водоугольной суспензии в потоке воздуха // Сжигание высокообводненного топлива в виде водоугольных суспензий. — М.: «Наука» — 1967, — с. 45 — 55.

5. Саломатов В.В., Кравченко И.В. Теоретическое исследование горения капли водоугольного топлива // Горение и плазмохимия: — ч. 1, 2007, вып. 3, с. 178 — 188; — ч. II, 2007, вып. 3, с. 187 — 197; — ч. III, 2008, вып. 1, с. 56 — 59; — ч. IV, 2008, вып. 4, с. 178 — 187.

6. Huang Z. et all. Theoretical analysis of CWM drop combustion history // Proc. 8-th Intern. Symp. Coal Slurry Fuels Preparation and Utilization. — USA, Orlando. Part 1. — 1986, — pp. 343 — 358.

7. Matthews K.J., Jones A.R. The effect of coal composition of coal-water slurry combustion and ash deposition characteristics // Proc. 8-th Intern. Symp. Coal Slurry Fuels Preparation and Utilization. USA, Orlando. Part 1. 1986, — pp. 388 — 407.

8. Liu G.E. and Law C.K. Combustion of coal-water slurry droplets, Fuel 65,171 (1986). 9. Brown B.W. Measurement and prediction of entrained-flow gasification processes / Brown B.W., Smoot L.D., Smith P.J., Hedman P.O.// AIChE J — 1988, — pp. 34:435 — 46.

9. Kobayashi H., Howard J.B., Sarofim A.F. Proc. Combust. Inst. 1977, 16, pp. 411 — 425.

10. Делягин Г.Н. Вопросы теории горения водоугольной суспензии в потоке воздуха // Сжигание высокообводненного топлива в виде водоугольных суспензий. — М.: «Наука». — 1967, — c. 45 — 55.

11. ANSYS CFX-Solver, Release 10.0: Theory.

12. Бойко Е.А. Котельные установки и парогенераторы: Учебное пособие. Красноярск: КГТУ, 2005, 292 с.

13. ИТС НДТ КТЭУ, Сжигание топлива на крупных установках вцелях производства энергии, информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям, Москва, Бюро НДТ, 2016 — 2017.

14. Алексеенко С.В. и др. Результаты опытно-эксплуатационного сжигания водоугольного топлива в водогрейном котле малой мощности // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2017. — Т. 328. № 12. — с. 16 — 28.

15. Козлов В. А. Влияние химического состава золы углей на технологические свойства кокса // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2012. — №. 55, — с. 231 — 237.