Влияние кавитационной обработки водоугольных суспензий на средний размер капель в струе

Abstract

Актуальность. Переход к экологически чистым энергетическим технологиям, обусловленный современными требованиями к охране окружающей среды, предполагает поиск и создание новых источников энергии, в том числе и топлив. Одним из способов удовлетворения этих требований и сохранения на прежнем уровне показателей по выработке энергии тепловыми электростанциями является переход на многокомпонентные топлива. Наиболее перспективными и доступными котельными топливами с точки зрения энергетики, экологии и экономики являются водоугольные суспензии. В связи с этим изучение свойств и характеристик таких топлив во многих странах является актуальным. Цель: проведение экспериментальных исследований степени влияния продолжительности кавитационной обработки водоугольных топлив на средний размер капель в струе после распыления пневматической форсункой и обоснование эффективности такого подхода для практического применения. Объект. Экспериментальные исследования проводились с водоугольными суспензиями на основе длиннопламенного угля (марки Д) с добавлением 10 и 20 % по массе пирогенетической жидкости. В качестве образца сравнения использовалась суспензия, состоящая из угля и воды, без добавления пирогенетической жидкости. Методы. Приготовление водоугольных суспензий осуществлялось в роторном гидродинамическом генераторе кавитации. Для распыления водугольных суспензий использовалась пневматическая форсунка с внешним смешением. Средний размер капель топлива после распыления определялся при помощи метода Interferometric Particle Imaging. Результаты и выводы. Эксперименты по приготовлению водоугольных суспензий в составе с пирогенетической жидкостью показали рост значения динамической вязкости суспензии. Увеличение продолжительности обработки суспензий в роторном гидродинамическом генераторе кавитации позволяет снизить вязкость на 54 %. Средний размер капель в струе при этом снижается на 22 %.

Relevance. Transition to environmentally friendly energy technologies, due to modern requirements for environmental protection, involves the search and creation of new energy sources, including fuels. One of the ways to meet these requirements and maintain the same level of energy production by thermal power plants is the transition to multicomponent fuels. The most promising and affordable boiler fuels from the point of view of energy, ecology and economy are coal-water slurries. In this regard, the study of the properties and characteristics of such fuels is relevant in many countries. Aim. Experimental studies of the effect of the coal-water fuel cavitation treatment duration on a droplet average size in a jet after spraying with a pneumatic nozzle and substantiation of the efficiency of such approach for practical application. Object. Experimental studies were carried out with coal-water slurries based on long-flame coal (D grade) with addition of 10 and 20 wt % by weight of pyrogenetic liquid. A slurry, consisting of just coal and water, without the addition of pyrogenetic liquid, was used as a reference sample. Method. The coal-water slurries were prepared in a rotary hydrodynamic cavitation generator. A pneumatic nozzle with external mixing was used to spray the coal-water slurries. The average size of fuel droplets after spraying was determined using the Interferometric Particle Imaging method. Results. Experiments on the preparation of coal-water slurries with pyrogenetic liquid showed an increase in the dynamic viscosity of the fuel. An increase in the duration of treatment of the slurries in a rotary hydrodynamic cavitation generator reduced the viscosity by 54%. The average size of droplets in the jet was reduced by 22%.