«Развитие фундаментальных основ технологий эффективного
использования угля для производства энергии»

В отчетный период совместно с соисполнителем работ (Новосибирский государственный университет, НГУ) выполнен предусмотренный техническим заданием и календарным планом объем необходимых работ, в том числе:
- разработана экспериментальная модель роторного кавитатора для измельчения угля, произведен выбор модели топочного устройства для сжигания ВУТ, осуществлена постановка математической модели топочного устройства для сжигания ВУТа;
- проведено теоретическое исследование кинетики горения частиц твердого топлива, исследованы диффузионно-релаксационные режимы факельного горения твердого топлива;
- разработана экспериментальная модель вихревого химического реактора для горения топлива в зернистом слое;
- проведена отладка экспериментальных методов диагностики процессов горения топлива;
- проведены критический анализ, обоснование и выбор экономичных и устойчивых методов расчета и физических моделей, обладающих достаточной точностью для моделирования пламенного горения в горелочно-топочных устройствах;
- проведены патентные исследования;
- исследована температурная и газовая динамика выгорания жидкотекучих частиц топлива.

2.1. Исследование экспериментального
образца роторного кавитатора.
Разработка численного алгоритма
расчета топочного процесса при
горении ВУТа и его апробация.
2.2. Разработка теплофизических основ
технологии сжигания углей
микропомола разной степени
метаморфизма.
2.3. Численные и экспериментальные
исследование динамики слоя при
изотермическом течении в вихревом
химическом реакторе.
2.4. Исследование различных методов
управления газодинамической
структурой пламени на основе
модификации крупномасштабных
когерентных структур.
2.5. Адаптация существующих и
разработка новых программных
модулей для решения задач
гидродинамики, теплообмена и
горения в пламенах и горелочно-
топочных устройствах.
2.6. Изготовление лабораторной
модели вихревого химического
реактора с центробежным
псевдоожиженным слоем зернистого
материала.

На третьем этапе выполнения работ по государственному контракту получены все запланированные результаты в соответствии с техническим заданием и календарным планом. Были проведены экспериментальные и численные исследования, включающие в себя изучение характеристик ВУТ, процессов воспламенения и горения ВУТ, опыты по полному технологическому циклу на горячем стенде мощностью для определения теплотехнических параметров экологически чистого сжигания угля микропомола, измерения поля течения в вихревом реакторе с использованием лазерно-доплеровского измерителя скорости, газовый анализ продуктов сгорания для определения полноты сгорания и содержания NOx при различных режимах горения топлива, тестовые расчеты для задач факельного горения газа в горелочных устройствах и топочных камерах, отработку методов создания устойчивого вращающегося двухфазного потока. Запланированные исследования выполнялись на высоком научном уровне и проводились в рамках Научно-образовательного центра в области энергетики и энергосберегающих технологий с широким привлечением студентов, магистрантов и аспирантов. Результаты выполнения третьего этапа работ создают основу для успешного решения поставленных в данном проекте задач развития научных основ эффективного и экологически чистого использования угольного топлива, повышения качества подготовки специалистов, повышения интереса к научной работе и закрепления высококвалифицированных научных кадров в сфере науки и образования.

4.1. Разработка экспериментальной
модели форсуночного устройства для
распыла ВУТ.
4.2. Модернизация стенда-горелки с
тепловой мощностью до 5 Мвт для
исследования процессов
низкоэмиссионного по оксидам азота
сжигания твердых топлив Кузбасского
региона.
4.3. Численные и экспериментальные
исследование динамики слоя и
газового потока при сгорании
углеводородных топлив в воздушном
потоке.
4.4. Исследование газодинамической
структуры потока при различных
режимах горения топлива.
4.5. Проведение методических и
тестовых расчетов для задач
факельного горения жидкого и
твердого топлива в горелочных
устройствах и топочных камерах.
4.6. Создание физической модели
топочного устройства с вихревым
сжиганием распыленного ВУТ.
4.7. Изучение состава продуктов
сгорания углеводородо-воздушных
топлив и тепловых характеристик
вихревого реактора.

5.1. Моделирование горения
одиночной частицы ВУ'Г. Поиск
условий надежного воспламенения и
качественного сжигания.
5.2. Исследование зависимости
условий устойчивого горения в
вихревом реакторе с центробежным
псевдоожиженным слоем в
зависимости от размера частиц
5.3. Отработка методов подачи топлива
в вихревую камеру, обеспечивающих
оптимальные параметры горения
5.4. Исследование структуры
турбулентного реагирующего течения
в модельной камере сгорания.
5.5. Проведение полномасштабного
тестирования математических моделей
процессов в горелочных устройствах и
топочных камерах на основе данных
лабораторных и натурных
исследований процессов
гидродинамики, теплообмена и
горения в экспериментальных камерах
сгорания.
5.6. Запуск экспериментальной модели
топочного устройства вихревого типа и
проведение исследований.
5.7. Исследование процессов прямого
(без стадии газификации) сжигания
твердых топлив применительно к ГТУ.

6.1. Научные рекомендации по
приготовлению ВУТ с заданными
свойствами.
6.2. Поиск приближенных
оптимальных режимных данных: по
представленному размеру капли ВУТ
по соотношению «топливо-воздух»,
объемных и поверхностных плотностей
тепловых потоков и др.
6.3. Экспериментальное исследование
горения в вихревой камере при
частичной рекуперации тепла
продуктов сгорания.
6.4. Создание специализированной
среды визуализации и анализа
результатов моделирования.
Подготовка методического материала.
6.5. Обобщение результатов
исследований, разработка
рекомендаций и предложений по
реализации и использованию
результатов НИР.
6.6. Разработка программы внедрения
результатов НИР в образовательный
процесс.
6.7. Подготовка заявки на патент,
подготовка публикаций для научных
журналов.