С этой целью были предложены различные методы сжигания, такие как подача воздуха и вихревой поток. Однако эффективность этих технологий в снижении выбросов загрязняющих веществ при максимальном снижении эффективности выгорания оставалась неясной. Теперь, в недавнем исследовании, доступном онлайн 31 декабря 2022 года и которое будет опубликовано в томе 268, выпуск 1 журнала Energy 01 апреля 2023 года, международная группа исследователей во главе с проф. Гюнгмин Чой (Gyungmin Choi) из Национального университета Пусана, Корея, проанализировал эффективность сочетания вихревого потока и воздушной ступени для улучшения характеристик сгорания и снижения загрязнения. "Вихревая структура выхлопной трубы (ETV), сопровождающая вихревой поток, улучшает стабильность пламени и эффективность горения, но имеет недостаток, заключающийся в выделении большого количества NO_x выбросы. В отличие от этого, технология подготовки воздуха создает богатую топливом среду в зоне первичного сгорания, что положительно влияет на отсутствие_x сокращение, но отрицательно влияет на эффективность сгорания", - объясняет проф. Чой. "Следовательно, если эти две технологии надлежащим образом объединить и применить в реальной жизни, можно ожидать синергетического эффекта, который сокращает выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, а также улучшает характеристики сгорания".

Соответственно, команда использовала как моделирование, так и эксперименты для изучения комбинированных эффектов различных конфигураций завихрения и распределения воздуха в 16-кВт_th модернизированный котел на сжигании пылевидного угля. Угольный котел состоял из трех секций: вихревой горелки, котла и выхлопной трубы. Для ступенчатого сжигания ступенчатый воздух разделялся на две части и вводился тангенциально в котел. Сжиженный нефтяной газ (LPG) использовался для предварительного нагрева и стабилизации пламени. Были отрегулированы скорости подачи сжиженного газа и сжиженного газа в ступенчатом режиме, и для каждой настройки температура измерялась с помощью термопар. Кроме того, количество частиц газовой фазы измеряли с помощью мультигазового анализатора.

Для понимания того, какая из них более выгодна с точки зрения сокращения выбросов загрязняющих веществ, были оценены воздушные ступени с двумя конфигурациями завихрения, а именно с одновременным и встречным завихрением пламени. В случае горелки с совместным вращением, где воздух и топливо циркулируют одинаково, частицы угля распределяются равномерно благодаря образованию внутренней зоны циркуляции и ETV - двум жизненно важным функциям для оптимизации конструкции угольных котлов.

Кроме того, команда наблюдала равномерную зону выгорания для конфигурации с совместным закручиванием, которая обеспечивала полное сгорание топлива, уменьшая выбросы газовых частиц. Это также способствовало увеличению преобразования химической энергии в тепловую, повышая эффективность сгорания. Напротив, горелки со встречным вращением показали неравномерное распределение частиц угля, неравномерное выгорание и повышенный уровень NO_x выбросов, предполагая, что конфигурация с совместным закручиванием была лучшим вариантом. Кроме того, команда показала, что технология air staging снизила затраты на охрану окружающей среды с 0,003 до 0,015 долларов в день.

В целом, выводы этого исследования могут оказаться чрезвычайно ценными для решения экологических проблем и опасностей для здоровья, связанных с угольными электростанциями. "Мы впервые определили и изучили структуру и пламя ETV и будем продолжать исследования и стремиться использовать его в промышленности, основанной на сжигании топлива", заключает оптимистичный проф. Чой.