energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2024-67-1-50-65energy-2349Research ArticleТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАНEAT POWER ENGINEERINGКомбинированное сжигание потоков различных промышленных отходов в топках котлов. Часть 3Combined Combustion of Various Industrial Waste Flows in Boiler Furnaces. Part 3ЯрмольчикЮ. П.YarmolchickYu. P.

Адрес для переписки: Ярмольчик Юрий Петрович – Белорусский национальный технический университет, просп. Независимости, 65/2, 220013, г. Минск, Республика Беларусь. Тел.: +375 17 293-92-16dr.yury.yarmolchick@gmail.com

Address for correspondence: Yarmolchick Yury P. – Belаrusian National Technical University, 65/2, Nezavisimosty Ave., 220013, Minsk, Republic of Belarus. Tel.: +375 17 293-92-16dr.yury.yarmolchick@gmail.com

dr.yury.yarmolchick@gmail.comШрёгерР.SchrögerR.

Гумпольдскирхен

Gumpoldskirchen

ХаберфельнерХ.HaberfelnerH.

Гумпольдскирхен

Gumpoldskirchen

ПихлерМ.PichlerM.

Гумпольдскирхен

Gumpoldskirchen

КостичД.KostićD.

Гумпольдскирхен

Gumpoldskirchen

МорозГ. В.MorozG. V.

Минск

Minsk

Белорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarusDUMAG GmbHАвстрияDUMAG GmbHAustriaБелнипиэнергопромБеларусьBelnipienergopromBelarus2024130220246715065Copyright © Ярмольчик Ю.П., Шрёгер Р., Хаберфельнер Х., Пихлер М., Костич Д., Мороз Г.В., 20242024Ярмольчик Ю.П., Шрёгер Р., Хаберфельнер Х., Пихлер М., Костич Д., Мороз Г.В.Yarmolchick Y.P., Schröger R., Haberfelner H., Pichler M., Kostić D., Moroz G.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/2349

Для решения проблемы полезной утилизации (сжигание в теплогенераторах) жидких и газообразных отходов промышленного производства, определенных в части 1 статьи, были рассмотрены процессы теплопередачи в теплогенерирующих установках (часть 2 статьи). Для эффективного решения этой задачи применяется комплекс оборудования, состоящего из горелочного устройства и камеры сгорания с передачей теплоты внешнему теплоносителю, например топка котла или котел-утилизатор. В настоящей статье рассмотрен пример расчета подобного процесса для характерной смеси отходов предприятия химической промышленности с применением моделирования возможных схем системы пламенного сжигания характерной комбинации различных видов газообразных и жидких горючих продуктов. Для этого был применен метод вычислительной гидродинамики CFD (Computational fluid dynamics), который определяется как наиболее эффективный при анализе поведения потоков сред и процессов горения. CFD-анализ позволяет прогнозировать гидродинамические и тепловые процессы (особенно в сложных многокомпонентных системах) и оптимизировать их для достижения наилучших результатов. Важнейшим фактором качественного сжигания является процесс атомизации (мелкодисперсного распыления) высоковязких жидкостей с большими коэффициентами поверхностного натяжения. Наиболее эффективным для таких жидкостей принят ультразвуковой способ. Кроме того, рассматривается качество распределения потоков сгорающих смесей и дымовых газов в камере сгорания. Для этого необходимо организовать раздельные потоки осевого и периферийного воздуха, которые позволяют не только изменять конфигурацию пламени, но и направлять конвективные потоки дымовых газов в наиболее эффективные области камеры сгорания. В статье рассмотрены различные варианты теплообмена (конвективного и лучевого) в зависимости от разных факторов, учитывая степень вероятности образования загрязняющих веществ (прежде всего NOx) в продуктах сгорания. Приведены результаты численного решения поставленной задачи. Проведен анализ результатов по оптимальному соотношению долей первичного и вторичного потоков воздуха на горение. В заключение приведен сравнительный анализ вариантов сжигания топлива непосредственно в котле и предварительной камере сгорания. Показана эффективность прямого сжигания.

 

To solve the problem of useful utilization (by combustion in heat generators) of liquid and gaseous industrial waste (that was defined in Part 1 of the present article), heat transfer processes in heat generating units were considered in Part 2. The main equipment for the effective solution of this process is a burner device and a combustion chamber with heat transfer to an external heat carrier, for example, a boiler furnace or a heat recovery boiler. The present article considers an example of calculating such a process for a distinctive mixture of waste from a chemical industry enterprise using modeling of possible schemes of a flame combustion system for a characteristic combination of various types of gaseous and liquid combustible products. For this purpose, the CFD (Computational Fluid Dynamics) computational hydrodynamics method was applied, which is determined to be the most effective one, in analyzing the behavior of media flows and combustion processes. CFD analysis makes it possible to predict hydrodynamic and thermal processes (especially in complex multicomponent systems) and optimize them to achieve the best results. The most important factor in high-quality combustion is the atomization process (fine atomization) of highly viscous liquids with high surface tension coefficients. The ultrasonic me-thod has been adopted as the most effective for such liquids. Besides, the quality of the distribution of flows of combustion mixtures and flue gases in the combustion chamber is considered. For doing this, it is necessary to arrange separate flows of axial and peripheral air, which make it possible not only to change the configuration of the flame, but also to direct convective flue gas flows to the most efficient areas of the combustion chamber. The article considers various options for heat transfer (convective and radial) depending on various factors, taking into account the degree of probability of formation of pollutants (primarily NOx) in combustion products. The results of the numerical solution of the problem are presented. The analysis of the results on the optimal ratio of the shares of primary and secondary air flows for combustion was carried out. In conclusion, a comparative analysis of the options for burning fuel directly in the boiler and in the pre-combustion chamber is presented. The efficiency of direct combustion has been demonstrated.

мультитопливная горелкаметод вычислительной гидродинамикираспределение потоковконфигурация пламенитеплообменmultifuel burnercomputational hydrodynamics methodflow distributionflame configurationheat transferReferencesКомбинированное сжигание потоков различных промышленных отходов в топках котлов. Часть 1 / Ю. П. Ярмольчик [и др.[ // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2020. Т. 63, № 3. С. 236–252. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-3-236-252.Yarmolchick Yu. Р., Schröger R., Haberfelner H., Pichler M., Kostić D., Moroz G. V. (2020) Combined Combustion of Various Industrial Waste Flows in Boiler Furnaces. Part 1. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 63 (3), 236–252. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-3-236-252 (in Russian).Комбинированное сжигание потоков различных промышленных отходов в топках котлов. Часть 2 / Ю. П. Ярмольчик [и др.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2020. Т. 63, № 6. С. 524–538. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-6-524-538.Yarmolchick Yu. Р., Schröger R., Haberfelner H., Pichler M., Kostić D., Moroz G. V. (2020) Combined Combustion of Various Industrial Waste Flows in Boiler Furnaces. Part 2. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 63 (6), 526–540. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-6-526-540 (in Russian).Пажи, Д. Г. Распыливающие устройства в химической промышленности / Д. Г. Пажи, А. А. Корягин, Э. А. Ламм. М.: Химия, 1975. 199 с.Pazhi D. G., Koryagin A. A., Lamm E. A. (1975) Spraying Devices in the Chemical Industry. Moscow, Khimiya Publ. 199 (in Russian).Есьман, Р. И. Анализ процессов горения в турбулентных смешивающихся осевых и тангенциальных потоках / Р. И. Есьман, Ю. П. Ярмольчик // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2009. № 2. С. 47–52.Essmann R. I., Yarmolchick Y. P. (2009) Analysis of Burning Processes in Turbulent Mixing Axial and Tangential Flows. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, (2), 47–52 (in Russian).Гартмана генератор // Большая советская энциклопедия: в 30 т / гл. ред. А. М. Прохоров. 3-е изд. М.: Советская энциклопедия, 1971. T. 6. C. 391.Hartmann Generator. The Great Soviet Encyclopedia. Vol. 6. 3rd ed. Moscow, Sovetskaya Entsiklopediya Publ., 1971, 391.Acam Engineering [Electronic Resource]. Mode of access: https://www.acam-engineering.at. Date of access: 15.11.2023.Acam Engineering. Available at: https://www.acam-engineering.at/ (accessed 15 November 2023).Ярмольчик, Ю. П. Механизмы образования и методика расчета выбросов загрязняющих веществ при сжигании природного газа в зависимости от эмиссионного класса горелок / Ю. П. Ярмольчик // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2019. T. 62, № 6. C. 565–582. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-6-565-582.Yarmolchick Y. P. (2019) Formation Mechanisms and Methods for Calculating Pollutant Emissions from Natural Gas Combustion Depending on the Burner Emission Class. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 62 (6), 565–582. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-6-565-582 (in Russian).Гламаздин, П. М. Экологические аспекты модернизации водогрейных котлов большой мощности / П. М. Гламаздин, Д. П. Гламаздин, Ю. П. Ярмольчик // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2016. Т. 59, № 3. C. 249–259. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2016-59-3-249-259.Glamazdin P. M., Glamazdin D. P., Yarmolchick Yu. P. (2016) Environmental Aspects of Modernization of High Power Water-Heating Boilers. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 59 (3), 249–259. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2016-59-3-249-259 (in Russian).Охрана окружающей среды и природопользование. Требования экологической безопасности: ЭкоНиП 17.01.06-001–2017. Минск: Минприроды, 2017. 139 с.Environmental Norms and Rules 17.01.06-001-2017. Environmental Protection and Environmental Management. Environmental Safety Requirements. The Official Publication. Minsk, Ministry of Natural Resources, 2017. 139 (in Russian).The John Zink Hamworthy Combustion Handbook. Vol. Fundamentals / ed. by Ch. E. Baukal, Jr. 2nd ed. Boca Raton: Taylor & Francis Group, LLC, 2013. https://doi.org/10.1201/b1297.Baukal Ch. E., Jr. (ed.) (2013) The John Zink Hamworthy Combustion Handbook. Vol. 1: Fundamentals. 2nd ed. Boca Raton, Taylor & Francis Group. https://doi.org/10.1201/b12975.Jones, W. P. Global reaction schemes for hydrocarbon combustion / W. P. Jones, R. P. Lindstedt // Combustion and Flame. 1988. Vol. 73, Issue 3. P. 233–249. https://doi.org/10.1016/0010-2180(88)90021-1.Jones W. P., Lindstedt R. P. (1988) Global reaction schemes for hydrocarbon combustion. Combustion and Flame, 73 (3), 233–249. https://doi.org/10.1016/0010-2180(88)90021-1.Modest, M. F. Radiative Heat Transfer / M. F. Modest. 3rd ed. Boston: Academic Press, 2013. https://doi.org/10.1016/C2010-0-65874-3.Modest M. F. (2013) Radiative Heat Transfer. 3rd ed. Boston, Academic Press. https://doi.org/10.1016/C2010-0-65874-3.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.