Een team van wetenschappers van de Siberische Federale Universiteit (SFU) en hun collega's uit Novosibirsk en Nederland hebben het proces van steenkoolverbranding in HPP-ketels gemodelleerd en bepaald welk type brandstof minder schadelijke uitstoot veroorzaakte. De studie is gepubliceerd in Brandstof .

Warmtekrachtcentrales (HPP's) leveren elektrische energie aan veel steden over de hele wereld. De productie van warmte en elektriciteit begint met het verbranden van kolen in een verbrandingskamer. Gegenereerde warmte verwarmt het stoom- en rookmengsel dat de turbine beweegt. Zo wordt elektriciteit geproduceerd, en de warmte wordt gebruikt voor verwarming. Echter, bij het verbranden van kolen bij HPP's komen schadelijke stikstofoxiden vrij in de atmosfeer.

Een veelbelovende emissiebeperkende technologie is naverbranding of drietrapsbrandstofverbranding. Na de eerste verbrandingsfase, waarbij het grootste deel van de kolen opbrandt en de lucht schaars is, de resten van de brandstof worden met extra brandstof overgebracht naar een speciaal gebied boven de verbrandingskamer. Stikstofoxiden reageren met de koolwaterstof, vorming van waterstofcyanide en moleculaire stikstof, en het volume van de uitstoot van stikstofoxide daalt met ongeveer 10 procent. "De milieu-impact van olie- en gasnaverbranding is duidelijker, maar we moeten ook werken met kolen. Het is van groot praktisch belang omdat veel HPP's het gebruiken, " zei Alexander Dekterev, een co-auteur van het artikel.

Wetenschappers hebben eerder experimenten uitgevoerd om te begrijpen welke eigenschappen van kolen en verbrandingstechnieken zorgen voor maximale emissiereducties. Onlangs, natuurkundigen maalden steenkool tot op microdeeltjesschaal (20-30 micron). Deze techniek zorgt voor een stabielere flare in HPP's, omdat steenkoolmicrodeeltjes beter mengen en sneller verbranden.

Eerder, dit effect werd aangetoond in kleine, experimentele ketels. De vlam van de verbranding van steenkoolmicrodeeltjes leek op die van brandende olie, en de deeltjes waren bijna onzichtbaar. Toch was het niet duidelijk of het effect hetzelfde zou zijn in gewone HPP-ketels, en de wetenschappers uit Krasnoyarsk besloten dat te modelleren.

Ze namen een standaard stoomketel BKZ-500-140 van Krasnoyarsk HPP-2 als model, aangezien alle experimentele gegevens erover beschikbaar waren. De gegevens zijn in het model geladen, die vervolgens opnieuw werd geconfigureerd rekening houdend met de gegevens na de verbranding. Bij het nieuwe model de basisbrandstof was bruine Kansk-Achinsk steenkool, en de brandstof na de verbranding werd gevormd door straalkool uit Kuznetsk. Volgens de eerste berekeningen het wiskundige model dat door de auteurs van het artikel in de interne software is geïmplementeerd, beschreef de processen in de ketel correct.

Het team modelleerde drie verbrandingsschema's:gewone kolen, steenkool met microdeeltjes, en mechanisch geactiveerde brandstof. De laatste variant bleek de voorkeur te hebben en leidde tot 50 procent reductie van de Nox-uitstoot ten opzichte van de basisvariant en met 20 procent ten opzichte van de reguliere kolen. Het werk kan interessant zijn voor ontwikkelaars en ingenieurs die werken aan de verbetering van de bestaande ketelapparatuur en het ontwerp van stroomblokken. De auteurs blijven wiskundige modelleringsmethoden ontwikkelen om verbrandingstechnologieën te verbeteren, zowel voor veelgebruikte als onconventionele brandstofsoorten.