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.

Похожие новости

  • 25/01/2017

    Ученые ИТ СО РАН диагностируют воду и пламя

    ​Ученые Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе развивают методы панорамной оптической диагностики течений воздуха, различных газов и жидкостей, а также пламен. Такие технологии применяются в сфере двигателестроения и энергетики, и в области их разработки институт является российским и одним из мировых лидеров.
    659
  • 24/10/2016

    Новосибирские ученые провели испытания котла на водоугольном топливе

    ​Новосибирские ученые провели в поселке Барзас несколько успешных испытаний котла на водоугольном топливе. В каком-то смысле это знаменательное событие, смысл которого могут оценить только профессионалы узкого профиля.
    825
  • 04/10/2017

    Ученые СО РАН ищут новые виды генерации

    ​​​Спрос на альтернативную энергетику в регионах страны неизменно растет. Успешные примеры внедрения инновационных проектов появляются и в Новосибирской области. ​В столице Сибири активно обсуждается идея создания энергетического технопарка на основе инновационных разработок и продукции научно-образовательных учреждений и энергетических компаний региона.
    189
  • 31/01/2017

    Сибирские ученые выявили роль Енисея в концентрации вредных примесей над Красноярском

    ​Исследователи Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН и Новосибирского государственного университета совместно с коллегами из Делфтского технического университета (Голландия) выяснили, что накопление вредных примесей над Красноярском может быть связано с неравномерным нагревом воздушных масс, обусловленным, в свою очередь, большой разницей температур между незамерзающим Енисеем и окружающим пространством.
    512
  • 12/09/2017

    Как ученые создают мировой рынок для внедрения своих открытий

    Новосибирский ученый Михаил Предтеченский разработал экономически эффективную технологию, позволяющую сворачивать в нанотрубки графен - углеродный лист толщиной в один атом. Теперь нанотрубки можно производить в неограниченном количестве и добавлять в другие материалы, создавая композиты с небывалыми свойствами.
    271
  • 28/07/2017

    Нестоличная наука: новгородские викинги, миниатюрный лазер и нейросеть-кардиолог

    ​​Робот-разведчик, древняя птица, рентгеновская линза и другие открытия и разработки российских ученых, сделанные вне Москвы и Санкт-Петербурга. Великий Новгород Уникальное кладбище X-XI веков обнаружила экспедиция Института археологии РАН при раскопках в центре Новгорода.
    297
  • 06/09/2017

    В Новосибирске расмотрели альтернативы «мусорному» концессионеру

    ​Альтернативные предложения по сбору и утилизации отходов были рассмотрены в рамках "Городской ассамблеи" в Новосибирске. Местные разработчики предложили новые современные технологии переработки ТКО.
    284
  • 29/11/2016

    Академический час для школьников

    30 ноября в 15.00 в малом зале Дома ученых СО РАН состоится лекция директора Института теплофизики  им.  С.С.  Кутателадзе  СО  РАН академика Сергея Владимировича Алексеенко  "Перспективы   использования   глубинного   тепла  Земли" — об альтернативных источниках энергетики.
    1046
  • 20/01/2016

    Ученые поставят детонацию на службу человеку

    Детонация - один из главных кошмаров любого автовладельца. Она заявляет о себе характерным хлопком в двигателе, заявляет совершенно непредсказуемо, угрожая неприятностями вплоть до разрушени​я конструкции.
    1335
  • 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.
    810