Ученые смоделировали процесс сжигания угля в котлах теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) и выяснили, уголь какого типа при сгорании дает меньше вредных выбросов.

В результате удалось подобрать режим работы, при котором количество выбросов уменьшается в два раза. Свое исследование сотрудники Сибирского федерального университета и их коллеги из Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН, Новосибирского государственного университета и нидерландского Делфтского технического университета представили в журнале Fuel.

На ТЭЦ, обеспечивающих электроэнергией многие города мира, производство тепла и электроэнергии начинается с того, что в топочной камере сжигается уголь. Тепло, которое выделяется при этом, нагревает пародымовую смесь, та, в свою очередь, двигает турбину - так вырабатывается электричество, а сопутствующее тепло используется для нагревания. Однако при сжигании угля на ТЭЦ в атмосферу выделяются вредные вещества - оксиды азота.

Одной из наиболее перспективных технологий, позволяющей снизить выбросы, считается дожигание, или трехступенчатое сжигание топлива. Для этого после первичного сжигания, во время которого основная масса угля сгорает при дефиците воздуха, остатки топлива поступают в особую зону над топочной камерой. Дожигание требует доставки дополнительного топлива в эту зону. В итоге выбросы оксидов азота падают примерно на 10% благодаря тому, что эти вещества вступают в реакцию с углеводородом, образуя цианистый водород и молекулярный азот.

"Экологический эффект дожигания газа и нефти куда значительнее, однако работать необходимо и с углем - это имеет крайне важный практический смысл, так как именно уголь применяется на многих ТЭЦ", - отметил соавтор статьи Александр Дектерев, заведующий кафедрой теплофизики СФУ.

Для снижение вредных выбросов физики ранее предложили измельчать уголь не в привычную пыль (частицы порядка 200 микрон), а в еще более мелкие микрочастицы, размером 20-30 микрон. Эта техника позволяет получить более устойчивый факел сжигания в ТЭЦ: угольная микропыль лучше смешивается и быстрее горит. Ранее этот эффект уже был продемонстрирован на экспериментальных небольших котлах. Пламя от сжигания угля микропомола больше напоминало пламя от горения нефти, и сгорающие частицы были практически незаметны. Однако оставалось неясным, сработает ли данный эффект в обычных котлах ТЭЦ. Смоделировать это и попытались ученые из Красноярска.

Они взяли за образец стандартный паровой котел БКЗ-500-140 Красноярской ТЭЦ-2, экспериментальные данные по которому были доступны. Ученые загрузили эти данные в модель и перестроили ее с поправкой на применение дожигания. В новой модели базовым топливом выступил бурый канско-ачинский уголь, а топливом для дожигания - длиннопламенный кузнецкий уголь. Предварительные расчеты показали, что математическая модель, реализованная авторами статьи в компьютерной программе собственной разработки, позволяет корректно описывать процессы в котле.

Ученые моделировали три схемы ступенчатого сжигания: с обычным углем, углем микропомола и механоактивированным (активированным механической обработкой). Оказалось, что последний вариант является предпочтительным и приводит к снижению выбросов NOx на 50% в сравнении с базовым вариантом и к 20% в сравнении с обычным углем. Авторы надеются, что работа вызовет интерес у разработчиков и проектировщиков для модернизации существующего котельного оборудования и при проектировании перспективных энергоблоков.

Источники

Найден способ, который уменьшит вредные выбросы тепловых электростанций в два раза
Nanonewsnet.ru, 13/12/2017
Сибирские ученые снизили вредные выбросы ТЭЦ в два раза
Русская планета (rusplt.ru), 13/12/2017
Найден способ, которые уменьшит вредные выбросы тепловых электростанций в два раза
Новости@Rambler.ru, 13/12/2017
Найден способ, который уменьшит вредные выбросы тепловых электростанций в два раза
Индикатор (indicator.ru), 13/12/2017
Ученые из Красноярска предложили способ уменьшить выбросы от тепловых электростанций
Чердак (chrdk.ru), 29/01/2018
Ученые из Сибири предложили сократить количество вредных выбросов ТЭЦ в два раза
Агентство бизнес новостей (abnews.ru), 16/04/2018
Ученые из Сибири предложили сократить количество вредных выбросов ТЭЦ в два раза
123ru.net, 16/04/2018
Сибиряки создали аппарат для измерения уровня цементной пыли в Новороссийске
Новороссийский рабочий (novorab.ru), 23/04/2018

Похожие новости

  • 23/11/2017

    Сибирские ученые модернизировали метод расчета движения жидкостей

    ​Исследователи из Сибирского федерального университета (СФУ) в сотрудничестве с коллегами из Московского государственного университета и Сибирского отделения РАН предложили использовать для гидродинамических расчетов систему из нескольких графических процессоров вместо центрального.
    506
  • 17/04/2017

    Разработанные сибирскими учеными технологии помогают обогревать Север

    ​Ученые из новосибирского Института катализа (ИК) Сибирского отделения (СО) РАН при поддержке Российского научного фонда разработали метод превращения холода в тепло на основе разницы температур воздуха и водоемов в северных регионах.
    1020
  • 29/11/2016

    Новосибирские ученые будут сотрудничать с Севастопольским государственным университетом

    ​В сотрудничестве с Севастопольским государственным университетом в сфере энергоэффективности заинтересованы крупные предприятия энергетической отрасли.  С представителями власти, науки и промышленности Сибирского региона встретился профессор кафедры «Возобновляемые источники энергии» Института ядерной энергии и промышленности СевГУ Владимир Сафронов на XII Новосибирском инновационно-инвестиционном форуме по направлению «Инновационная энергетика».
    1169
  • 20/06/2017

    Международная выставка «НТИ ЭКСПО» в Новосибирске

    ​​​Уникальная международная выставка достижений технологического развития "НТИ ЭКСПО" пройдет в рамках V Международного форума технологического развития "Технопром-2017" 20-22 июня в Новосибирске при поддержке правительства РФ, коллегии ВПК, Минпромторга России, Минэкономразвития России, МИДа РФ, правительства Новосибирской области.
    1884
  • 14/06/2018

    Наночастицы нитрида титана повысят производительность оптоволоконных линий связи

    Ученые Федерального исследовательского центра Красноярский научный центр СО РАН (ФИЦ КНЦ СО РАН) совместно с коллегами из Сибирского федерального университета, Сибирского государственного университета науки и технологий им.
    383
  • 31/12/2017

    Топ-10 исследований российских ученых 2017 года по версии РНФ

    Около 35 тысяч российских ученых проводили и проводят фундаментальные исследования при поддержке Российского научного фонда (РНФ). Ежемесячно в российских и зарубежных СМИ выходят десятки новостей об их достижениях.
    1710
  • 11/12/2017

    Сибирские ученые создали новый датчик водорода

    ​Группа исследователей объединила полезные свойства фталоцианинов металлов и палладиевых мембран, чтобы создать активные слои датчиков для определения водорода.  Такая операция значительно увеличивает чувствительность сенсоров.
    607
  • 01/11/2017

    Сибирские ученые изучили новый тип нанопластин для применения в медицине

    ​Ученые из Института физики имени Л. В. Киренского Красноярского федерального исследовательского центра Сибирского отделения РАН совместно с коллегами из Сибирского федерального университета впервые изучили магнитные свойства, структуру и состав новых наночастиц семейства халькогенидов (элементов 16-й группы периодической системы, к которым относятся кислород, сера, селен, теллур, полоний и ливерморий).
    694
  • 27/03/2017

    Новосибирские ученые создали материал, обеспечивающий 30 лет непрерывной работы химического реактора

    Ученые из Института ядерной физики (ИЯФ) СО РАН и Новосибирского государственного технического университета (НГТУ) создали новую технологию сплавления титана и тантала, в результате чего получили особо стойкий к коррозии и агрессивным средам материал.
    1392
  • 31/05/2018

    Как новосибирский профессор сделал популярными лекции по своему предмету

    ​Предмет профессора Евгения Пальчикова "Техника физического эксперимента" проходят все первокурсники физфака Новосибирского государственного университета. Несколько раз в год ученый показывает свои физические опыты всем желающим.
    395