Численное исследование закономерностей сжигания твердых бытовых и промышленных отходов в тепловом реакторе и оценка эффективности утилизации

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-79-00097

НазваниеЧисленное исследование закономерностей сжигания твердых бытовых и промышленных отходов в тепловом реакторе и оценка эффективности утилизации

Руководитель Шаклеин Артем Андреевич, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук" , Удмуртская Республика

Конкурс №40 - Конкурс 2019 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-204 - Равновесие и кинетика процессов в химически реагирующих системах

Ключевые слова твердые бытовые отходы, полимерные горючие материалы, утилизация, сжигание, пиролиз, тепловой реактор, диффузионное горение, кинетический механизм, вычислительный алгоритм, вредные вещества, сопряженный теплообмен

Код ГРНТИ31.15.27

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на теоретическое исследование фундаментальных закономерностей термического разложения и горения твердых органических материалов. Актуальность проблемы определяется потребностью изучения процессов и механизмов утилизации и переработки твердых бытовых и промышленных отходов сжиганием в тепловых реакторах. Исследования последовательно проводятся по следующим составляющим. Формулируются математические модели, вычислительные алгоритмы и на их основе реализуются прикладные программные комплексы для расчета параметров процесса термической утилизации твердых бытовых отходов. Данный подход предполагает учет максимально возможного количества основополагающих факторов, определяющих закономерности рассматриваемого процесса, таких как гидромеханика многокомпонентного газа, газофазное горение на основе детальных кинетических схем, пиролиз твердого материала на основе многоступенчатых механизмов, многофазная среда твердого горючего материала (полимеры, биомасса) и их равнозначное разрешение, а также рассмотрение процессов как отдельно, так и в совокупности в комплексной постановке, учитывающей сопряженный характер тепло и массообмена в гетерогенной среде «газовая фаза–твердое горючий материал». Проводятся оценки эффективности использования различных конструктивных схем тепловых реакторов для высокотемпературного пиролиза и сжигания полимерных горючих материалов. Рассматриваются технические решения с дожигателем продуктов сгорания за счет применения дополнительного источника энергии в виде подачи горючего газа или использования электрической дуги. Новизна предлагаемых методов и подходов характеризуется следующими основными положениями. Математические постановки на основе существующих и новых разрабатываемых моделей формулируются в сопряженной постановке, что обеспечивает корректное описание автомодельного взаимодействия газофазных реакций горения и термического разложения твердого горючего материала и сводит к максимально возможному минимуму влияние эмпирических замыкающих соотношений, достоверность которых в общем случае недостаточно подтверждена. Программная реализация математических моделей и вычислительных алгоритмов проводится на базе разработки собственных программных кодов, что дает возможность интеграции новых моделей и алгоритмов, а также исключает неопределенность при непосредственном решении исходных уравнений, что характерно для коммерческих пакетов с закрытым кодом. Результатами исследований, выполняемых по плану настоящего проекта, являются: состав продуктов горения твердых отходов при различных конструктивных схемах и режимах работы теплового реактора; оценка содержания вредных и загрязняющих веществ в продуктах горения выходящих в атмосферу; анализ энергетической и экологической эффективности применения дополнительных локальных источников энергии (дожигателей); анализ энергетической эффективности использования продуктов термической утилизации отходов: прямого использования тепловой энергии горения или использования горючих газов, выделяющихся при термическом разложении отходов в инертной среде.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Шаклеин А.А. Numerical study of the external heat source effect on polymer burning Combustion and Flame (год публикации - 2020)

2. Шаклеин А.А. Численное исследование горения полиоксиметилена в реакторе Химическая физика и мезоскопия, №1, Т.22, С.38-48 (год публикации - 2020)

3. Карпов А.И., Шаклеин А.А. Двухстадийная модель горения полимерного материала draft (издательство не указано) (год публикации - 2020)

4. Шаклеин А.А. Numerical Study of the External Heat Source Effect on Polymer Burning Combustion Science and Technology (год публикации - 2021)
10.1080/00102202.2021.1894139

5. Шаклеин А.А. Numerical Study of Polyoxymethylene Burning in a Combustion Reactor Case Studies in Thermal Engineering (год публикации - 2021)

6. Шаклеин А.А. Numerical Study of Polyoxymethylene Burning in a Combustion Reactor Case Studies in Thermal Engineering, vol. 26, no. 101114 (год публикации - 2021)
10.1016/j.csite.2021.101114

Публикации

1. Шаклеин А.А. Numerical study of the external heat source effect on polymer burning Combustion and Flame (год публикации - 2020)

5. Шаклеин А.А. Numerical Study of Polyoxymethylene Burning in a Combustion Reactor Case Studies in Thermal Engineering (год публикации - 2021)