CC BY
38
УДК 536.468
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗАЖИГАНИЯ КАПЕЛЬ ВОДОУГОЛЬНОГО И ИСКУССТВЕННОГО КОМПОЗИЦИОННОГО ЖИДКОГО ТОПЛИВА В ПОТОКЕ РАЗОГРЕТОГО ВОЗДУХА
ГЛУШКОВ Д О., СТРИЖАК П.А.
Национальный исследовательский Томский политехнический университет, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30
АННОТАЦИЯ. Проведены экспериментальные исследования макроскопических закономерностей зажигания капель (размеры до 4 мм) водоугольного и искусственного композиционного жидкого топлива при взаимодействии с потоком разогретого воздуха в условиях конвективного и радиационного теплообмена. Основные составляющие топливных композиций: частицы каменного и бурого углей размерами 150 - 200 мкм, дистиллированная вода, пластификатор, тяжелая нефть. Выделены типичные стадии протекания индукционного процесса с использованием средств высокоскоростной (до 105 кадров в секунду) видеорегистрации. Установлены времена задержки зажигания капель топлив при варьировании температуры (600 - 900 К) и скорости (0,5 - 5 м/с) потока воздуха. Получены аппроксимационные выражения для прогнозирования основной характеристики процесса - времени задержки зажигания. Выполнен анализ макроскопических закономерностей зажигания капель четырех различных составов водоугольного и искусственного композиционного жидкого топлив.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: водоугольное топливо, искусственное композиционное жидкое топливо, капля, радиационно-конвективный нагрев, зажигание, время задержки зажигания.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время на большинстве тепловых электростанций в качестве энергоресурсов применяются твердое (уголь), жидкое (мазут) или газообразное (природный газ) топлива [1 - 4]. Наряду с этим низкокалорийные твердые отходы угольного производства, жидкие отходы нефтехимии и нефтепереработки, а также любые другие горючие отходы, как правило, не используются в качестве энергоресурсов (особенно в странах со значительными запасами топливно-энергетических ресурсов). Вследствие отсутствия эффективных технологий переработки или утилизации такие отходы складируются в хранилищах или на открытых полигонах, что приводит к механическому и химическому загрязнению окружающей среды [5 - 8]. Такой подход помимо экологического ущерба является неэффективным по причине неполной степени переработки и использования энергоресурсов.
В последние годы достаточно активно обсуждается (например, [8 - 10]) перспектива необходимости разработки и применения новых составов водоугольного топлива (ВУТ) [11 - 15] и искусственного композиционного жидкого топлива (ИКЖТ) [16 - 18] на основе горючих отходов промышленного производства (для их утилизации на тепловых электростанциях с целью выработки энергии).
В состав ВУТ входит 2 компонента: мелкодисперсные (размеры от десятков до сотен микрометров [19]) частицы, как правило, каменных или бурых углей, продуктов их переработки и обогащения [20], а также вода или жидкие отходы промышленного производства (техническая вода). В состав ИКЖТ (наряду с типичными компонентами ВУТ) добавляют различные горючие жидкие отходы [21, 22]: каменноугольную смолу, отработанные машинные, турбинные и трансформаторные масла, нефтяные шламы и отложения, водонефтяные эмульсии, полимеры после регенерации поглотительного масла. Использование соответствующих составов ИКЖТ в качестве энергоресурсов позволит высвободить широко распространенные и дефицитные виды жидких и газообразных топлив, уменьшить загрязнение окружающей среды в результате утилизации горючих отходов,
а также снижения выбросов серы, оксидов азота и углерода при сжигании топлива (по сравнению с углем), повысить КПД энергетических установок, сократить расходы электроэнергии на систему топливоприготовления (по сравнению с пылеугольными агрегатами). Исследование характеристик закономерностей инициирования горения и выгорания ИКЖТ представляет достаточно сложную задачу [16 - 18]. Как правило, зажигание ИКЖТ характеризуется высокой скоростью экзотермических реакций даже при относительно невысоких (650 - 800 К [18]) температурах окислителя. Поэтому одной из ключевых задач является оценка основной характеристики процесса - времени задержки зажигания. Представляется целесообразным проведение такого анализа для нескольких перспективных составов ВУТ и ИКЖТ. Предварительные теоретические оценки [23] показали, что при температурах газов больше 650 К значение характерного радиационного теплового потока к капле топлива может более чем в 3 раза превышать конвективный. Поэтому целью настоящей работы является экспериментальное исследование основных характеристик зажигания капель ВУТ и ИКЖТ в условиях интенсивного радиационно-конвективного теплообмена.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТЕНД И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
На рис. 1 представлена схема экспериментального стенда для изучения физико-химических процессов, протекающих при нагревании капли жидкого топлива. Поток окислителя с контролируемыми параметрами (скорость движения, температура) формировался внутри полого цилиндра 1 из кварцевого стекла (длина 1 м, внутренний диаметр 0,1 м) нагнетателем 2 и воздухонагревателем 3. Изменение режимов функционирования этих устройств осуществлялось при помощи пульта управления нагревательной установкой 4. Значения температуры Ta и скорости Va воздуха на выходе воздухонагревателя 3 варьировались в диапазоне 650 - 900 К и 0,5 - 5 м/с, соответственно. Измерение температуры осуществлялось термоэлектрическим термопреобразователем 5 (номинальная статическая характеристика хромель-алюмель, диапазон измеряемых температур 273 - 1373 К, систематическая погрешность ± 3 К). При изменении режимов функционирования устройств 2 и 3 чувствительный элемент термоэлектрического термопреобразователя 5 монтировался за плоскостью подачи капли топлива в стеклянный цилиндр 1 вдоль направления движения потока воздуха. По показаниям температуры, отображаемым на дисплее регистратора 6, отслеживался момент окончания переходного процесса - установление стационарного температурного режима внутри цилиндра 1. Скорость потока воздуха контролировалась при температурах 300 К анемометром UnionTest AN110 (погрешность ± 3 %, дискретность измерения 0,1 м/с). Объемная концентрация кислорода в воздухе измерялась при помощи газоанализатора Testo 340 (погрешность ± 0,2 %, дискретность измерения 0,01 %) и составляла 20,5 % при варьировании значений Ta и Va в широком диапазоне.
Ввод одиночных капель ВУТ или ИКЖТ в цилиндр 1 осуществлялся через одно из трех технологических отверстий, расположенных вдоль оси симметрии, при помощи устройства подачи 7, закрепленного на передвижной платформе автоматизированного координатного механизма 8. Электрическое питание последнего обеспечивалось источником 9. Устройство подачи капли 7 выполнено из стальной проволоки с наконечником в форме сферы диаметром около 0,2 мм.
Генерация капель ВУТ и ИКЖТ на наконечнике устройства 7 осуществлялись электронным дозатором Finnpipette Novus. Применялись две модели с разными диапазонами дозирования (объем 1 - 10 мкл, погрешность 2,5 %, дискретность установки 0,01 мкл и объем 10 - 100 мкл, погрешность 1,5 %, дискретность установки 0,1 мкл) в зависимости от требуемых размеров капель. Контрольные измерения их характерных диаметров выполнены с использованием высокоскоростной камеры Phantom Miro M310 10 (3260 кадров в секунду при полном разрешении 1280*800) и программного обеспечения Tema Automotive.
По изображению капли (до ввода в полость стеклянного цилиндра 1) измерялось шесть диаметров в различных сечениях. Путем усреднения полученных данных вычислялся характерный размер Dd. Систематическая погрешность определения Dd при соответствующих параметрах настройки высокоскоростной видеорегистрации не превышала 4 %. Начальные размеры (диаметры) капель при проведении нескольких серий экспериментов изменялись в диапазоне 1 - 4 мм. Контрольное взвешивание генерируемых капель проводилось аналитическими весами VIBRA HT 84RCE 11 (предел допускаемой погрешности ± 0,05 мг, дискретность измерения 0,01 мг).
I - полый стеклянный цилиндр; 2 - нагнетатель высокого давления; 3 - воздухонагреватель;
4 - пульт управления нагревательной установкой; 5 - термоэлектрический термопреобразователь;
6 - регистратор многоканальный; 7 - устройство подачи капли; 8 - координатный механизм;
9 - блок питания координатного механизма; 10 - высокоскоростная видеокамера;
II - аналитические весы; 12 - компьютер; 13 - канал отвода газов; 14 - вытяжная вентиляция
Рис. 1. Схема экспериментального стенда
Основные параметры: температура (Та) и скорость движения (Уа) воздуха, начальный размер (Ос) капли, время задержки зажигания регистрировались при помощи компьютера 12. Значение вычислялось с момента ввода капли ВУТ или ИКЖТ в канал 1 до появления свечения, характеризующего зажигание топлива. Удаление газовой смеси воздуха с продуктами термического разложения и сгорания проводилось посредством канала 13 и вытяжной вентиляции 14.
Экспериментальные исследования проведены для четырех составов: № 1 - ВУТ (каменный уголь 60 % масс, вода 40 % масс), № 2 - ВУТ (каменный уголь 60 % масс, вода 38 % масс, пластификатор 2 % масс), № 3 - ВУТ (бурый уголь 60 % масс, вода 40 % масс), № 4 - ИКЖТ (бурый уголь 60 % масс, вода 30 % масс, тяжелая нефть 10 % масс). Все составы готовились в течение 10 минут с использованием гомогенизатора МР'^324. В качестве твердого компонента использовались бурый уголь марки Б2 Бородинского месторождения Красноярского края и каменный уголь марки Д Листвянского месторождения Новосибирской области. Образцы угля измельчались на роторной мельнице Ри1уепвеА:е 14 до состояния пыли с размерами частиц 150 - 200 мкм. В табл. 1 приведены результаты
технического и элементного анализа углей. В качестве жидкого горючего компонента использовалась тяжелая нефть Герасимовского месторождения Томской области (табл. 2). Выбор этого компонента обусловлен неэффективностью инициирования процесса горения жидкости в исходном состоянии по причине существенных энергозатрат. Представляет интерес оценка возможности ее добавления в составе ИКЖТ для повышения теплового эффекта процесса горения. В качестве пластификатора использовался смачиватель «Неолас» (табл. 3).
Таблица 1
Характеристики угля
Марка Технический анализ Элементный состав
Аё, % уЮ, % дг8, МДж/кг С, % Н, % (О+К+Б), %
Б 4,12 47,63 22,91 73,25 6,52 20,23
Д 8,52 40,19 24,82 77,46 6,26 16,28
Таблица 2
Характеристики нефти
№ Показатель Значение
1 Плотность при 20 оС, кг/м3 869
2 Содержание воды, % масс 0,45
3 Зольность, % масс 0,1
4 Элементный состав, % масс
С 86,23
Н 12,7
(О+Ы+Б) 1,07
5 Теплота сгорания: рабочая, МДж/кг 43,85
Таблица 3
Характеристики пластификатора
№ Показатель Значение
1 Внешний вид Бесцветная жидкость
2 Содержание ПАВ, % масс 25
3 рН раствора 6,5
4 Плотность при 20 оС, кг/м3 954
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
При анализе видеограмм (рис. 2) установлен идентичный характер протекания исследуемых процессов для четырех рассматриваемых составов. В результате прогрева капли происходит испарение влаги. Как следствие, приповерхностный слой «затвердевает». С последующим ростом температуры капли скорости испарения жидкой компоненты, термического разложения угля и окисления их продуктов возрастают. Зажигание инициируется в окрестности зоны интенсивного теплообмена со стороны набегающего (по отношению к капле) потока воздуха (рис. 2). Далее фронт горения распространяется по поверхности капли в направлении области менее интенсивного теплообмена с источником нагрева. В результате равномерного прогрева фронт горения продвигается в приповерхностные слои капли. Происходит выгорание органической и неорганической составляющих с формированием негорючего минерального остатка.
Некоторые установленные по видеограммам экспериментов отличия, связанные с изменением размеров, формы и структуры поверхности капель, в течение индукционного периода могут быть объяснены влиянием компонентного состава топливных композиций. Например, в процессе нагрева капель ВУТ (состав № 1) происходит интенсивное испарение влаги. Фильтрация паров воды к приповерхностному слою ведет к изменению его структуры (рис. 2, а) за счет повышения пористости и, соответственно, увеличения ее размеров.
1 мм к 1 мм 1 1 мм # 1 мм • К
(=1,15 с ] .26 и 7= 1,13 с (=1,67 с
(=1,97 с 7=2.24 и 7=2,02 с (=2,76 с
7=5,05 1: < с ! с 7=2,69 с (=3,59 с
(=7,89 с 7=10,71 с 7=6,95 с (=6,08 с
7=17,13 с 7=14,34 с 7=10,77 с (=8,98 с
• Й А Ш » /
7=18,07 с Г---16.24 с 7=12,78 с 7=12,01 с
V * 4
7=19,02 с 7=16,76 с 7= 14,58 с 7=14,51 с
* 4 % 4
Рис. 2. Кадры с изображением капель ВУТ состав № 1 (а), состав № 2 (б), состав № 3 (в), ИКЖТ состав № 4 (г) в процессе нагрева и зажигания при 0^2,5 мм, 7^800 К и Уа~5 м/с
Для капель ВУТ (состав № 2) менее характерно изменение параметров в результате фазового перехода. Однако при прогреве образцов до температур близких к температурам зажигания термические напряжения, возникающие внутри капель, ведут к их диспергированию (рис. 2, б). Это можно объяснить влиянием пластификатора на характеристики высокотемпературного испарения влаги за счет формирования тонкой пленки на поверхности капли в течение инертного прогрева, а также увеличения степени скольжения частиц угольной пыли относительно друг друга.
Основным компонентом композиций ВУТ (состав № 3) и ИКЖТ (состав № 4) является мелкодисперсный бурый уголь с относительно высоким содержанием летучих веществ. Фазовый переход и термическое разложение в процессе нагрева ведут к уменьшению размеров капель (рис. 2, в, г).
При проведении экспериментальных исследований характеристик зажигания капель ИКЖТ (состав № 4) выявлено, что для образцов размерами более 3 мм в отличие от составов ВУТ характерно интенсивное газофазное воспламенение и «пламенное» горение продуктов термического разложения угля, а также испарения жидкого горючего компонента - нефти.
Сравнительные оценки особенностей зажигания четырех рассмотренных составов показали, что воспламенение капель ИКЖТ реализуется при меньших значениях (до 10 %) времен задержки по сравнению с аналогичными характеристиками для капель ВУТ при прочих идентичных условиях (размеры и форма капли, температура и скорость потока воздуха, концентрация окислителя).
Зависимости основной интегральной характеристики - времени задержки зажигания ВУТ (состав № 3) и ИКЖТ (состав № 4) от скорости (при постоянном значении температуры Ta ~ 870 К) и температуры (при постоянном значении скорости Va ~ 5 м/с) потока воздуха для капель нескольких характерных размеров (1,5; 2,5; 3,5 мм) представлены на рис. 3. Параметры источника нагрева Va ~ 2 м/с для ВУТ, Va ~ 3 м/с для ИКЖТ (рис. 3, а) и Ta ~ 650 К (рис. 3, б), соответствуют предельным условия инициирования процесса горения.
Установлено, что индукционный прогрев капель ИКЖТ реализуется быстрее по сравнению с каплями ВУТ при фиксированных параметрах источника нагрева и образцов топливных композиций. При идентичных условиях (Va = const, Ta = const, Dd = const) отклонения времен задержки зажигания для ВУТ (состав № 3) и ИКЖТ (состав № 4) достигают 10 % при 3 < Va < 5 м/с (рис. 3, а) и 15 % при 650 <Ta < 900 К (рис. 3, б). Видно (рис. 3), что варьирование параметров источника нагрева оказывает меньшее влияние на относительное изменение длительности индукционного периода для рассматриваемых образцов. Полученный результат позволяет сделать вывод, что компонентный состав топлива, а именно наличие небольшой (до 10 %) концентрации жидкого горючего вещества, оказывает достаточно существенное влияние на интегральные характеристики исследуемого процесса, в частности уменьшение времени задержки зажигания за счет воспламенения продуктов испарения при их фильтрации к поверхности частицы.
Установленные зависимости td = f(Va) и td=f(Ta) достаточно хорошо описываются экспоненциальным законом изменения времени задержки зажигания от скорости и температуры потока воздуха:
состав № 3:
td = 0,028- 103exp(-0,232Va), при Dd ~ 3,5 мм, 2 < Va < 5 м/с; td = 0,019- 103exp(-0,245 Va), при Dd~ 2,5 мм, 2 < Va< 5 м/с; td = 0,015- 103exp(-0,316Va), при Dd~ 1,5 мм, 2 < Va< м/с; td = 0,375- 103exp(-0,004Ta), при Dd~ 3,5 мм, 650 < Ta < 900 К; td = 0,373- 103exp(-0,005Ta), при Dd~ 2,5 мм, 650 < Ta< 900 К; td = 0,551-103exp(-0,006Ta), при Dd~ 1,5 мм, 650 < Ta < 900 К;
состав № 4:
d = 0,027- 103exp(-0,244Va), при Dd -
■ = 0,022- 103exp(-0,296Va), при Dd =
■ = 0,011-103exp(-0,323Va), при Dd =
■ = 0,413-103exp(-0,005 Ta), при Dd * d = 0,525- 103exp(-0,005Ta), при Dd * • = 1,566- 103exp(-0,008Ta), при Dd*
3,5 мм, 3 < Va < 5 м/с; 2,5 мм, 3 < Va < 5 м/с; 1,5 мм, 3 < Va < 5 м/с; 3,5 мм, 650 < Ta < 900 К; 2,5 мм, 650 < Ta < 900 К; 1,5 мм, 650 < Ta < 900 К.
а)
б)
Ut С 24
20 -
икжт
не 'зажигается
Рис. 3. Зависимости времени задержки зажигания ВУТ (состав № 3, сплошная линия) и ИКЖТ (состав № 4, штриховая линия) от скорости (а) при Та»870 К и температуры (б) при Уа»5 м/с потока воздуха для капель размерами: 1 - .¿»1,5 мм; 2 - ^¿»2,5 мм; 3 - .0^3,5 мм
В рассматриваемых диапазонах варьирования параметров источника нагрева и капель топлива наибольшее влияние (десятки процентов) на интегральные характеристики исследуемого процесса (рис. 3) оказывают изменения температуры потока воздуха (при Va = const, Dd = const), а также размеров образцов ВУТ и ИКЖТ (при Va = const, Ta = const). Изменение же скорости потока воздуха (при Ta = const, Dd = const) менее существенно влияет на инерционность процесса. Таким образом, в результате повышения
интенсификации теплообмена на границе «капля - воздух» за счет изменения в большей степени температуры потока и в меньшей степени его скорости, а также варьирования размеров образцов топливных композиций целесообразно проведение оптимизации интегральных характеристик процесса зажигания в совокупности с затратами энергоресурсов на его инициирование. На рис. 3 условно можно выделить области, например, 4,5 < Уа < 5 м/с и 850 < Та < 900 К, где изменение менее значительно по сравнению с областями Уа < 4 м/с и Та < 850 К, соответственно. Увеличение параметров Уа и Та приведет к несоизмеримо большим затратам энергоресурсов по сравнению с эффектом снижения времен задержки зажигания. Выявленные особенности обусловлены усилением влияния радиационного теплового потока (по сравнению с конвективным) на границе «капля топлива - окислитель» при повышении Та.
Зависимости времени полного сгорания ВУТ (состав № 3) и ИКЖТ (состав № 4) от скорости (при постоянном значении температуры Та ~ 870 К) и температуры (при постоянном значении скорости Уа ~ 5 м/с) потока воздуха для капель нескольких характерных размеров (1,5; 2,5; 3,5 мм) представлены на рис. 4. Время полного сгорания 1С определялось от момента начала теплового воздействия потока воздуха на каплю до полного выгорания образца.
а)
б)
Рис. 4. Зависимости времени полного сгорания ВУТ (состав № 3, сплошная линия) и ИКЖТ (состав № 4, штриховая линия) от скорости (а) при Та»870 К и температуры (б) при Уа»5 м/с потока воздуха для капель размерами: 1 - .¿»1,5 мм; 2 - .¿»2,5 мм; 3 - .¿»3,5 мм
Установленные зависимости (рис. 4) позволяют сделать выводы о влиянии параметров источника энергии и капли топлива на длительность режима стационарного горения по аналогии с зависимостями (рис. 3) для переходного режима воспламенения. При этом выполненные исследования показали, что определяющее влияние оказывается на времена td в составе tc, т.е. длительность процесса горения в меньшей степени зависит от варьирования обозначенных выше параметров. Выявленная закономерность подтверждает важность выбора начальных параметров источника нагрева и капель перспективных для энергетики жидких топлив с целью оптимизации процессов зажигания и непосредственного горения топливных композиций.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате экспериментальных исследований установлен механизм инициирования горения, а также характерные отличительные особенности зажигания четырех составов топлив: ВУТ (каменный уголь 60 % масс, вода 40 % масс), ВУТ (каменный уголь 60 % масс, вода 38 % масс, пластификатор 2 % масс), ВУТ (бурый уголь 60 % масс, вода 40 % масс), ИКЖТ (бурый уголь 60 % масс, вода 30 % масс, тяжелая нефть 10 % масс). Выявленные отличия, заключающиеся в интенсивности процессов теплопереноса, длительности индукционного периода, изменении размеров, формы и структуры капель, объясняются влиянием компонентного состава топливных композиций. Полученные экспериментальные данные могут быть использованы при расчете оптимальных условий инициирования горения, а также для разработки математических моделей тепломассопереноса, фазовых превращений и химического реагирования при зажигании перспективных водоугольных и искусственных композиционных жидких топлив.
Исследование выполнено за счет средств Российского научного фонда (проект № 15-19-10003).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Mukhutdinov A.R. A neuron net method of reducing pollutant discharges in burning organic fuel at thermal power stations // Chemical and Petroleum Engineering. 2007. V. 43. P. 608-611.
2. Lior N. Energy resources and use: The present situation and possible paths to the future // Energy. 2008. V. 33. P. 842-857.
3. Sarkar A., Rano R., Kumar A. Characterization of high carbon ash from thermal power station using pulverized fuel combustor // Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization and Environmental Effects. 2010. V. 32. P. 607-619.
4. Takeshita T., Yamaji K. Potential contribution of coal to the future global energy system // Environmental Economics and Policy Studies. 2014. V. 8. P. 55-87.
5. Jung H.C., Krumdieck S., Vranjes T. Feasibility assessment of refinery waste heat-to-power conversion using an organic Rankine cycle // Energy Conversion and Management. 2014. V. 77. P. 396-407.
6. Liu G., Liu Y., Wei W. Recovery and utilization of low-temperature waste heat in refinery and petrochemical process units // Petroleum Refinery Engineering. 2012. V. 42. P. 54-56.
7. Tonini D., Martinez-Sanchez V., Astrup T.F. Material resources, energy, and nutrient recovery from waste: Are waste refineries the solution for the future? // Environmental Science and Technology. 2013. V. 47. P. 8962-8969.
8. Delitsyn L.M., Vlasov A.S. The need of applying new approaches for using ash produced at coal-fired thermal power stations // Thermal Engineering. 2010. V. 57. P. 325-331.
9. Bukhonov D.Yu., Morozov V.V. Efficiency of the multipurpose use of solid fuel at thermal power stations // Thermal Engineering. 2003. V. 50. P. 1039-1042.
10. Belosevic S., Tomanovic I., Beljanski V., Tucakovic D., Zivanovic T. Numerical prediction of processes for clean and efficient combustion of pulverized coal in power plants // Applied Thermal Engineering. 2015. V. 74. P. 102110.
11. Khodakov G.S., Gorlov E.G., Golovin G.S. Production and pipeline transportation of coal-water slurry fuel // Solid Fuel Chemistry. 2006. V. 40. P. 19-35.
12. Cheng J., Li Y., Zhou J., Liu J., Cen K. Maximum solid concentrations of coal water slurries predicted by neural network models // Fuel Processing Technology. 2010. V. 91. P. 1832-1838.
13. Phuoc T.X., Wang P., Mclntyre D., Shadle L. Synthesis and characterization of a thixotropic coal-water slurry for use as a liquid fuel // Fuel Processing Technology. 2014. V. 127. P. 105-110.
14. Саломатов В.В., Кравченко И.В. Теоретическое исследование горения капли водоугольного топлива. Часть II. Стадия воспламенения // Горение и плазмохимия. 2007. Т. 5, № 3. С. 189-198.
15. Саломатов В.В., Сыродой С.В. Зажигание водоугольной частицы лучисто-конвективным теплом // Горение и плазмохимия. 2011. Т. 9, № 1. С. 29-34.
16. Цепенок А.И., Овчинников Ю.В., Стрижко Ю.В., Луценко С.В. Исследование процессов горения искусственного композитного жидкого топлива в циклонном предтопке // Энергетик. 2011. № 7. С. 45-47.
17. Архипов В.А., Сидор А.М., Сурков В.Г. Исследование физико-химических и энергетических характеристик органоводоугольных топлив // Техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика. 2013. № 5. С. 39-47.
18. Овчинников Ю.В., Цепенок А.И., Шихотинов А.В., Татарникова Е.В. Исследование воспламенения твердых топлив и ИКЖТ // Доклады Академии наук высшей школы РФ. 2011. С. 117-126.
19. Делягин В.Н., Иванов Н.М., Батищев В.Я., Бочаров В.И., Щеглов И.П., Мурко В.И., Федяев В.И., Карпенок В.И. Использование водоугольного топлива в тепловых процессах АПК // Ползуновский вестник. 2011. № 2-1. С. 239-242.
20. Морозов А.Г., Коренюгина Н.В. Гидроударные технологии в производстве водоугольного топлива // Уголь. 2009. № 11. С. 54-56.
21. Хилько С. Л., Титов Е.В. Топливные угольные суспензии // Химия и технология топлив и масел. 2008. № 1. С. 52-56.
22. Патраков Ю.Ф., Федорова Н.И., Ефремов А.И. Композиционное водосодержащее топливо из низкосортных углей Кузбасса // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2006. № 2. С. 81-83.
23. Кузнецов Г.В., Куйбин П.А., Стрижак П.А. Оценка численных значений констант испарения капель воды, движущихся в потоке высокотемпературных газов // Теплофизика высоких температур. 2015. Т. 53, № 2. С. 264-269.
COMPARATIVE ANALYSIS OF THE MAIN IGNITION CHARACTERISTICS OF COAL-WATER SLURRY FUEL AND ARTIFICIAL COMPOSITE LIQUID FUEL DROPLETS IN HEATED AIR FLOW
Glushkov D.O., Strizhak P. A.
National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk, Russia
SUMMARY. Experimental studies of ignition regularities were done for coal-water slurry fuel and artificial composite liquid fuel droplets (with sizes less 4 mm) under conditions of radiation and convective heat transfer with heated air flow. The main components of fuels are coal dust, distilled water, plasticizer, and heavy crude oil. Typical stages for induction process were identified by using methods of high-speed (about 105 f/s) video recording. The values of ignition delay time were established for fuel drops at the varying the temperature (600-900 K) and velocity (0.5-5 m/s) of air flow. Approximate expressions were obtained for the prediction of the main characteristics of process - ignition delay time. Analysis of drops ignition regularities was made for four different compositions of coal-water slurry fuel and artificial composite liquid fuel.
KEY WORDS: coal-water slurry fuel, artificial composite liquid fuel, droplet, radiation and convective heating, ignition, ignition delay time.
Глушков Дмитрий Олегович, кандидат физико-математических наук, инженер-исследователь кафедры автоматизации теплоэнергетических процессов, НИ ТПУ, Энергетический институт, тел. 8 (3822)701-777 (доп. 1953), е-таП: Ст1Муог@1ри.ги
Стрижак Павел Александрович, доктор физико-математических наук, заведующий кафедрой автоматизации теплоэнергетических процессов, НИ ТПУ, Энергетический институт, тел. 8 (3822)701-777 (доп. 1910), е-таП: рауеЬра@ри.ги
