Разработка основных элементов теории процессов диспергирования капель водоугольного топлива

Проблема энергетической безопасности стала основной проблемой мирового сообщества в последние годы вследствие неравномерного распределения энергоресурсов по территории Земли. Решить эту глобальную проблему можно при переходе на более масштабное использование угля как энергоносителя. Но уголь является достаточно «грязным» топливом - при его сжигании образуются антропогенные твердые (зола и шлак) и газообразные (оксиды серы и азота, диоксид углерода) продукты горения. Последнее создает предпосылки к созданию новых инновационных технологий сжигания угольного топлива. Одной из самых перспективных является технология сжигания угля в виде водоугольного топлива. Водоугольное топливо (ВУТ) – смесь мелко диспергированного угля и воды с добавлением присадок и пластификаторов. Но создание перспективной технологии использования ВУТ в теплоэнергетике возможно при решении шести технологических задач: приготовления водоугольной суспензии, её хранения, транспорта, распыления, зажигания и сжигания. Первые три задачи, а также задачи зажигания и сжигания ВУТ, по существу, решены. Нерешенной пока остается одна, но, скорее всего, самая сложная задача – обеспечение эффективного и надежного распыления водоугольного топлива в топочном пространстве. Данный проект направлен на решение базовой проблемы технологии сжигания водоугольных топлив – разработка по результатам совместных экспериментальных и теоретических исследований математических моделей, связывающих размеры капель и их число после распыления с основными параметрами процесса в виде критериальных выражений с использованием числа Вебера для группы типичных водоугольных топлив. В результате выполнения комплекса экспериментальных и теоретических исследований будут построены зависимости безразмерного характерного среднего размера вторичных капель водоугольного топлива, формирующихся в результате дробления родительских, от числа Вебера. В дальнейшем на основе полученный апостериорной информации будут разработаны математические модели описывающие связи между характеристиками диспергирования капель водоугольного топлива с числами Вебера в условиях широкой вариации значимых факторов: вид угля, скорость движения капли, соотношение в системе уголь/вода и т.д. Также по результатам выполнения работ в рамках проекта будут установлены характеристики и условия процессов диспергирования группы (состоящей из двух, трех) капель водоугольного топлива в среде высокотемпературного окислителя. Планируется определить степень влияния соседних капель на процессы разрушения каждой из них. Будут установлены среднее значения размеров вторичных капель, а также времена задержки диспергирования группы капель в условиях широкой вариации значащих параметров: начальные размеры капель, начальная температура ВУТ и окислителя, скорость движения капли, вид угля, соотношение в системе вода/уголь. В результате выполнения комплекса экспериментальных исследования на основе апостериорной информации будут разработаны математические модели, описывающие связи времен задержки диспергирования и значений характерных размеров капель ВУТ, образующихся в результате диспергирования базовой капли, с числами Вебера в случае распыления групп капель топлива. По результатам выполнения работ в рамках проекта будет дан ответ на вопрос: "Каков возможный минимальный размер капели водоугольного топлива в период его распыления". Полученные при выполнении работ по проекту результаты создадут предпосылки для создания высокоэффективных систем топливосжигания, работающих на ВУТ.