Un team di scienziati della Siberian Federal University (SFU) e i loro colleghi di Novosibirsk e dei Paesi Bassi hanno modellato il processo di combustione del carbone nelle caldaie HPP e hanno determinato quale tipo di combustibile ha prodotto emissioni meno nocive. Lo studio è stato pubblicato su Carburante .

Le centrali termiche (HPP) forniscono energia elettrica a molte città in tutto il mondo. La produzione di calore ed elettricità inizia con la combustione del carbone in una camera di combustione. Il calore generato riscalda la miscela di vapore e fumo che muove la turbina. Ecco come si produce l'elettricità, e il calore viene utilizzato per il riscaldamento. Però, bruciare carbone nelle centrali idroelettriche rilascia ossidi di azoto nocivi nell'atmosfera.

Una promettente tecnologia di riduzione delle emissioni è la post-combustione o la combustione del carburante a tre stadi. Dopo la prima fase di combustione, durante la quale la maggior parte del carbone si esaurisce e l'aria è scarsa, i resti del carburante vengono trasferiti in un'area speciale sopra la camera di combustione con carburante aggiuntivo. Gli ossidi di azoto reagiscono con l'idrocarburo, formazione di acido cianidrico e azoto molecolare, e il volume delle emissioni di ossido di azoto diminuisce di circa il 10 percento. "L'impatto ambientale della post-combustione di petrolio e gas è più evidente, ma dobbiamo anche lavorare con il carbone. Ha una grande importanza pratica in quanto molti HPP lo usano, " ha detto Aleksandr Dekterev, coautore dell'articolo.

Gli scienziati hanno precedentemente condotto esperimenti per capire quali proprietà del carbone e le tecniche di combustione forniscono la massima riduzione delle emissioni. Recentemente, i fisici macinavano il carbone fino alla scala di microparticelle (20-30 micron). Questa tecnica fornisce un flare più stabile negli HPP, poiché le microparticelle di carbone si mescolano meglio e bruciano più rapidamente.

In precedenza, questo effetto è stato dimostrato in piccoli, caldaie sperimentali. La fiamma della combustione delle microparticelle di carbone assomigliava a quella dell'olio che brucia, e le particelle erano quasi invisibili. Ancora non era chiaro se l'effetto sarebbe stato lo stesso nelle normali caldaie HPP, e gli scienziati di Krasnoyarsk hanno deciso di modellarlo.

Hanno preso come modello una caldaia a vapore standard BKZ-500-140 di Krasnoyarsk HPP-2, poiché tutti i dati sperimentali su di esso erano disponibili. I dati sono stati caricati nel modello, che è stato poi riconfigurato tenendo conto dei dati post-combustione. Nel nuovo modello, il combustibile di base era il carbone marrone Kansk-Achinsk, e il carburante post-combustione era formato dal carbone per jet di Kuznetsk. Secondo i calcoli iniziali, il modello matematico implementato dagli autori dell'articolo nel software interno descriveva correttamente i processi in caldaia.

Il team ha modellato tre schemi di combustione:carbone normale, carbone di microparticelle, e carburante ad attivazione meccanica. Quest'ultima variante si è rivelata preferibile e ha portato a una riduzione del 50 percento delle emissioni di Nox rispetto alla variante base e del 20 percento al carbone normale. Il lavoro potrebbe essere di interesse per sviluppatori e ingegneri che lavorano al miglioramento dell'attrezzatura della caldaia esistente e alla progettazione di blocchi di alimentazione. Gli autori continuano a sviluppare metodi di modellazione matematica per migliorare le tecnologie di combustione sia per i tipi di combustibile ampiamente utilizzati che per quelli non convenzionali.