On the Study of Coal-Water Fuel Flow Structure during Its Pneumatic-Mechanical Atomization

Abstract

5Введение Ежегодный рост цен на топливно-энергетические ресурсы является причиной создания и развития новых топливных технологий для энергетики и промышленности [1][2]. Альтернативные и возобновляемые источники энергии частично позволяют компенсировать потребность в дешевой и доступной энергии [3], но, как правило, этого недостаточно. Мировые запасы энергетических углей являются предпосылками к разработкам и реализации новых экологически перспективных и энергоэффективных топлив для производства тепловой и электрической энергии [4]. Проведенные ранее исследования [5][6][7][8][9] позволяют сделать вывод, что наиболее перспективным видом топлива для энергетики является водоугольное топливо (ВУТ). В настоящее время известны действующие тепловые электрические станции, использующие в качестве котельно-печного топлива ВУТ [10]. Как правило, ВУТ представляет собой смесь воды и мелкодисперсного угля с добавлением пластификатора или без него [11-14]. Ранее установлено [15-17], что основными параметрами, определяющими ВУТ, являются его реологические свойства (вязкость, плотность и седиментационная устойчивость). Данные характеристики нестабильны и зависят от марки угля, его концентрации в составе ВУТ, способа обработки, а также типа пластифи-катора [18-19]. Определено, что реологические свойства ВУТ в значительной степени зависят от пористости угольных частиц, что способствует возрастанию влагоемкости угля, в результате чего повышается вязкость ВУТ [20]. Известно, что качество распыла ВУТ существенным образом влияет на эффективность его сжигания [21]. Поэтому более полное раскрытие механизмов дробления капель ВУТ в процессе распыления является актуальной проблемой. В работе [22] представлены результаты исследований распыла ВУТ. Эксперименты выполнены при помощи испытательного стенда. Распыление ВУТ производилось на экран с поддоном. Конфигурация факела распыла определялась следующим образом: факел на определенном расстоянии от форсунки пересекался алюминиевой пластиной. По отпечатку на пластине определялось качество распыла. Авторами изучался механизм дробления капель топлива при его распылении. Также известно, что распыление ВУТ воздухом осуществляется в два этапа: дробление струи ВУТ за счет кинетической энергии распыляющего агента и сил сопротивления, создаваемых окружающей газовой средой [23]. В работе [24] представлены результаты процесса распыления ВУТ форсункой с внутренним смешением. Доказано, что на процесс распыла влияют: геометрические характеристики Теплоэнергетика УДК 662.739Выполнены экспериментальные исследования структуры потока водоугольного топлива (ВУТ) в процессе его пневмомеханического распыла в аэродинамическом имитаторе топки энергетического котла. Проанализирован механизм распыла ВУТ в соотношении 50 % уголь и 50 % вода, размер частиц угля 50 мкм и менее при значениях температур 313 и 353 К и давлениях: ВУТ 3 МПа и воздуха 2 МПа. Визуализация структуры факела ВУТ и оценка качества потока выполнены в плоскости перпендикулярно оси факела на трех отрезках. Определены геометрические параметры и скорости ...