RESEARCH OF THE SPRAYING AND IGNITION CHARACTERISTICS OF COAL-WATER FUELS WITH ISOPROPYL ALCOHOL ADDITION
Abstract
The article presents complex experimental studies of the effect isopropyl alcohol in the composition of coal-water fuel (CWF) has on the jet characteristics and the ignition delay time of the slurry droplets. CWF with minor additions of isopropyl alcohol (from 3 to 8%) was sprayed using a pneumatic nozzle on a specialized stand. Investigations of the ignition delay time were performed in a temperature-controlled furnace in a wide range of oxidant temperatures (from 600 to 1000 °C). The rheological characteristics of the studied fuels, i.e. viscosity, density and surface tension were measured. It was determined that replacing water in the CWF composition with isopropyl alcohol contributes to increased viscosity of the resulting fuel. However, this parameter remains within acceptable limits even at the maximum studied concentration of the third component. It was found that the introduction of isopropyl alcohol into the composition of coal-water fuel based on lean coal leads to an increase in the jet spraying angle up to 11%. This contributes to an even distribution of fuel droplets inside the combustion chamber. As a result, the number of large droplets (more than 600 microns) increases only slightly – less than 2% at an alcohol concentration of 8% by mass. The ignition delay time at such an alcohol concentration decreases by half compared to the two-component CWF at a temperature of 1000 °C.
Keywords
Full Text:
PDF (Русский)References
Кашин, Е.М. Технология подготовки и газификации экологичного вида топлива / Е.М. Кашин,
В.Н. Диденко // Экологическое образование и охрана окружающей среды: Технические университеты в формировании единого научно-технологического и образовательного пространства СНГ. Ассоциация технических университетов. – 2014. – С. 192–195.
Битюкова, В.Р. Роль тепловых электростанций в загрязнении городов России / В.Р. Битюкова // Инженерная экология – 2021: доклады международного симпозиума. – 2021. – С. 130–134.
Грачев, В.А. Влияние энергетических технологий на здоровье населения / В.А. Грачев, Н.И. Курышева // Вестник НИЦ МИСИ: актуальные вопросы современной науки. – 2019. – № 18. – С. 102–123.
Эколого-экономическая эффективность применения альтернативных энергетических технологий для снижения антропогенной нагрузки в центральной экологической зоне байкальской природной территории / И.Ю. Иванова, А.К. Ижбулдин, Т.Ф. Тугузова, Е.П. Майсюк // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. – 2020. – № 25–27(347–349). – С. 138–146. DOI: 10.15518/isjaee.2020.09.013
Хрусталев, Б.М. Технология эффективного использования углеводородсодержащих отходов в производстве многокомпонентного твердого топлива / Б.М. Хрусталев, А.Н. Пехота // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. – 2016. – Т. 59, № 2. – С. 122–140. DOI: 10.21122/1029-7448-2016-59-2-122-140
Твердое топливо на основе отходов малоиспользуемых горючих энергоресурсов / Б.М. Хрусталев, А.Н. Пехота, Н.Т. Нгуен, Ф.М. Ву // Наука и техника. – 2021. – Т. 20, № 1. – С. 58–65. DOI: 10.21122/2227-1031-2021-20-1-58-65
Герасимова, Н.П. Перспективы и возможности использования водоугольного топлива в энергетике / Н.П. Герасимова, В.В. Федчишин // Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири: Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. – 2020. – С. 104–108.
Dmitrienko, M.A. Coal-water slurries containing petrochemicals to solve problems of air pollution by coal thermal power stations and boiler plants: an introductory review / M.A. Dmitrienko, P.A. Strizhak // Science of Total Environment. – 2018. – Vol. 613–614. – P. 1117–1129. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2017.09.189
Viebahn, P. Prospects of carbon capture and storage (CCS) in China’s power sector – An integrated assessment / P. Viebahn, D. Vallentin, S. Höller // Applied Energy. – 2015. – Vol. 157. – P. 229–244. DOI: 10.1016/j.apenergy.2015.07.023
Environmental co-benefits of energy efficiency improvement in coal-fired power sector: a case study
of Henan Province, China / K. Wang, S. Wang, L. Liu, H. Yue, R. Zhang, X. Tang // Applied Energy. – 2016. – Vol. 184. – P. 810–819. DOI:10.1016/j.apenergy.2016.06.059
Mathematical and physical modeling of the coal-water coal–water fuel particle ignition with a liquid film on the surface / V. Salomatov, G. Kuznetsov, S. Syrodoy, N. Gutareva // Energy Reports. – 2020. – Vol. 6. –
P. 628–643. DOI: 10.1016/j.egyr.2020.02.006
Syrodoy, S.V. The influence of radiative-convective heat transfer on ignition of the drops of coal-water fuel / S.V. Syrodoy // Thermophysics and Aeromechanics. – 2018. – Vol. 25, no. 3. – P. 429–443. DOI: 10.1134/S0869864318030101
Режимы течения топливных водоугольных суспензий в каналах распыливающих устройств /
А.К. Джундубаев, М.С. Султаналиев, В.И. Мурко и др. // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии. – 2018. – Т. 11, № 2. – С. 242–249.
Снижение антропогенных выбросов при сжигании углей и отходов их переработки в качестве компонентов органоводоугольных суспензий / М.А. Дмитриенко, Г.С. Няшина, Н.Е. Шлегель, С.А. Шевырев // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2017. – Т. 19, № 3–4. – С. 41–52.
Малышев, Д.Ю. Обоснование ресурсоэффективности технологий сжигания водоугольных топлив с добавками биомассы / Д.Ю. Малышев, С.В. Сыродой // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2020. – Т. 331. – № 6. – С. 77–85.
Saito, M. Single droplet combustion of coal-oil/methanol/water mixtures / M. Saito, M. Sadakata, T. Sakai // Fuel. – 1983. – Vol. 62, no. 12. – P. 1481–1486. DOI: 10.1016/0016-2361(83)90118-7
Coal slurries in mixed liquid fuels: rheology and ignition characteristics / K.C. Adiga, Y.K. Pithapurwala, D.O. ShahBrij, M. Moudgil // Fuel Processing Technology. – 1988. – Vol. 18, no. 1. – P. 59–69. DOI: 10.1016/0378-3820(88)90074-4
Physical and equilibrium properties of diisopropyl ether+isopropyl alcohol+water system / A. Arce,
A. Jr. Arce, J. Martı́nez-Ageitos, E. Rodil, O. Rodrı́guez, A. Soto // Fluid Phase Equilibria. – 2000. – Vol. 170,
no. 1. – P. 113–126. DOI: 10.1016/S0378-3812(00)00328-9
Özer, S. The effect of diesel fuel-tall oil/ethanol/methanol/isopropyl/n-butanol/fusel oil mixtures on engine performance and exhaust emissions / S. Özer // Fuel. – 2020. – Vol. 281. – 118671. DOI: 10.1016/j.fuel.2020.118671
Di Nicola G. Surface tension of alcohols: A scaled equation and an artificial neural network / Di Nicola G., Pierantozzi M. // Fluid Phase Equilibria. – 2015. – Vol. 389. – P. 16–27. DOI: 10.1016/j.fluid.2015.01.014
Rheological behaviour of coal–water mixtures: 1. Effects of coal type, loading and particle size / N.S. Roh, D.H. Shin, D.C. Kim, J.D. Kim // Fuel. – 1995. – Vol. 74. – P. 1220–1225.
Rheological behaviour of coal–water mixtures: 2. Effect of surfactants and temperature / N.S. Roh, D.H. Shin, D.C. Kim, J.D. Kim // Fuel. – 1995. – Vol. 74. – P. 1313–1318.
Atomization performance of petroleum coke and coal water slurries from a twin fluid atomizer /
S.G. Daviault, O.B. Ramadan, E.A. Matida, P.M. Hughes, R. Hughes // Fuel. – 2012. – Vol. 98. – P. 183–193. DOI: 10.1016/j.fuel.2012.02.042
Lu, P. Experimental investigation on atomizing characteristics of coal–water paste for pressurized fluidi¬zed bed / P. Lu, M. Zhang // Fuel. – 2004. – Vol. 83, no. 16. – P. 2109–2114. DOI: 10.1016/j.fuel.2004.06.003
Improving the processability of coke water slurries for entrained flow gasification / L. Jampolski,
A. Sänger, T. Jakobs, G. Guthausen, T. Kolb, N. Willenbacher // Fuel, 2016. – Vol. 185. – P. 102–111. DOI: 10.1016/j.fuel.2016.07.102
Study of liquid hydrocarbons atomization by supersonic air or steam jet / I.S. Anufriev, E.Yu. Shadrin, E.P. Kopyev, S.V. Alekseenko, O.V. Sharypov // Applied Thermal Engineering. – 2019. – Vol. 163. – 114400. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2019.114400
Experimental and numerical investigation of aerodynamics of a pneumatic nozzle for suspension fuel / S.V. Alekseenko, I.S. Anufriev, A.A. Dekterev, V.A. Kuznetsov, L.I. Maltsev, A.V. Minakov, M.Yu. Chernetskiy, E.Yu. Shadrin, O.V. Sharypov // International Journal of Heat and Fluid Flow. – 2019. – Vol. 77. – P. 288–298. DOI: 10.1016/j.ijheatfluidflow.2019.04.013
Coherent structures in the near-field of swirling turbulent jets A tomographic PIV study / S.V. Alekseenko, S.S. Abdurakipov, M.Y. Hrebtov, M.P. Tokarev, D.M. Markovich // International Journal of Heat and Fluid Flow. – 2018. – Vol. 70. – P. 363–379. DOI: 10.5772/intechopen.79896
Experimental study of an impinging jet with different swirl rates / S.V. Alekseenko, A.V. Bilsky,
V.M. Dulin, D.M. Markovich // International Journal of Heat and Fluid Flow. – 2007. – Vol. 28, no. 6. – P. 1340–1359. DOI: 10.1016/j.ijheatfluidflow.2007.05.011
DOI: http://dx.doi.org/10.14529/power210404
Refbacks
- There are currently no refbacks.