ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК
ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Снижение антропогенного воздействия на окружающую среду является одной из приоритетных задач современности. Одним из источников загрязнения являются захоронение большого количества некондиционных горючих отходов, в том числе углеводородных, не востребованных в настоящее время, а также твердые и токсичные вещества, образующиеся при сжигании. Решение обозначенных задач возможно за счет подхода Waste-to-Energy, направленного на вовлечение горючих отходов в топливный баланс, с организацией низкотемпературного сгорания за счет добавления различных газов-разбавителей – углекислого газа или водяного пара. В настоящей работе на примере дизельного топлива экспериментально получены и сравнены характеристики сгорания жидких углеводородов в присутствии смеси перегретого пара с углекислым газом в распылительной горелке, для выявления особенностей и преимуществ при их использовании в Waste-to-Energy подходах. Показано, что для всех исследованных режимов наблюдается высокая полнота сгорания топлива. Анализ состава продуктов сгорания показывает, что при замене перегретого пара диоксидом углерода содержание CO и NO_x в продуктах сгорания увеличивается на 25 %. При этом все исследованные режимы соответствуют стандарту EN:267. Полученные результаты показывают, что возможно реализовать подходы добавления углекислого газа, водяного пара и их смеси для преобразования отходов в энергию.

1. IEA. Global Energy Review: CO2 Emissions in 2021. – Paris, 2022. – URL: https://www.iea.org/reports/global-energy-review-co2-emissions-in-2021-2 (accessed: 07.12.2023).
2. IEA. World Energy Balances: Overview, 2021. – URL: https://www.iea.org/reports/world-energy-balances-overview (accessed: 07.12.2023).
3. Enerdata. Global Energy Statistical Yearbook 2020. – URL: https://yearbook.enerdata.ru/co2-fuel-combustion/CO2-emissions-data-from-fuel-combustion.html (accessed: 21.09.2022).
4. Miller B. Fossil fuel emissions control technologies: stationary heat and power systems. – Butterworth-Heinemann, 2015. – 514 p. – DOI: 10.1016/C2014-0-00392-9.
5. Black J. Cost and performance baseline for fossil energy plants. Vol. 1. Bituminous coal and natural gas to electricity. Report DOE/NETL-2010/1397. – Pittsburgh, PA: National Energy Technology Laboratory, 2010. – 626 p.
6. Integrated gasification combined cycle (IGCC) technologies / ed. by T. Wang, G. Stiegel. – UK, 2017. – 890 p.
7. Rogoff M., Screve F. Waste-to-energy: technologies and project implementation. – 3rd ed. – Elsevier, 2019. – 228 p. – DOI: 10.1016/C2017-0-03296-2.
8. Breeze P. Energy from Waste. – Elsevier, 2018. – 100 p. – DOI: 10.1016/C2015-0-05948-2.
9. The crucial role of Waste-to-Energy technologies in enhanced landfill mining: a technology review / A. Bosmans, I. Vanderreydt, D. Geysen, L. Helsen // Journal of Cleaner Production. – 2013. – Vol. 55. – P. 10–23. – DOI: 10.1016/j.jclepro.2012.05.032.
10. Advanced bibliometric analysis on the development of natural gas combined cycle power plant with CO₂ capture and storage technology / M. Malekli, A. Aslani, Z. Zolfaghari, R. Zahed, A. Moshari // Sustainable Energy Technologies and Assessments. – 2022. – Vol. 52 (D). – Art. 102339. – DOI: 10.1016/j.seta.2022.102339.
11. Lu X., Han D., Huang Z. Fuel design and management for the control of advanced compression-ignition combustion modes // Progress in Energy and Combustion Science. – 2011. – Vol. 6 (37). – P. 741–783. – DOI: 10.1016/J.PECS.2011.03.003.
12. The influence of charge dilution and injection timing on low-temperature diesel combustion and emissions / S. Kook, C. Bae, P.C. Miles, D. Choi, L.M. Pickett // SAE Technical Papers. – 2005. – DOI: 10.4271/2005-01-3837.
13. Yao M., Zheng Z., Liu H. Progress and recent trends in homogeneous charge compression ignition (HCCI) engines // Progress in Energy and Combustion Science. – 2009. – Vol. 5 (35). – P. 398–437. – DOI: 10.1016/J.PECS.2009.05.001.
14. NOx reduction by steam injection method during liquid fuel and waste burning / I.S. Anufriev, E.P. Kopyev, I.S. Sadkin, M.A. Mukhina // Process Safety and Environmental Protection. – 2021. – Vol. 152. – P. 240–248. – DOI: 10.1016/j.psep.2021.06.016.
15. Experimental study of the characteristics of heptane combustion in a high-speed steam jet / I.S. Sadkin, E.P. Kopyev, M.A. Mukhina, I.S. Anufriev // Journal of Physics: Conference Series. – 2022. – Vol. 2233. – Art. 012001. – DOI: 10.1088/1742-6596/2233/1/012001.
16. Burning of heavy fuel oil in a steam jet in a new burner / S.V. Alekseenko, I.S. Anufriev, M.S. Vigriyanov, E.P. Kopyev, I.S. Sadkin, O.V. Sharypov // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. – 2020. – Vol. 61 (3). – P. 324–330. – DOI: 10.1134/S0021894420030025.
17. Influence of steam dilution on the ignition of hydrogen, syngas and natural gas blends at elevated pressures / N. Donohoe, K.A. Heufer, C.J. Aul, E.L. Petersen, G. Bourque, R. Gordon, H.J. Curran // Combustion and Flame. – 2015. – Vol. 162 (4). – P. 1126–1135. – DOI: 10.1016/j.combustflame.2014.10.005.
18. Cleaner crude oil combustion during superheated steam atomization / I. Anufriev, E. Kopyev, S. Alekseenko, O. Sharypov, E. Butakov, M. Vigriyanov, I. Sadkin // Thermal Science. – 2021. – Vol. 25 (1, pt. A). – P. 331–345. – DOI: 10.2298/tsci200509209a.
19. 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. – Art. 114400. – DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2019.114400.
20. УСУ «Крупномасштабный термогидродинамический стенд для исследования тепловых и газодинамических характеристик энергоустановок». – URL: http://ckp-rf.ru/usu/73570/ (дата обращения: 07.12.2023).
21. Kaskan W.E. The dependence of flame temperature on mass burning velocity // Symposium (International) on Combustion. – 1957. – Vol. 6 (1). – P.134–143.
22. Experimental study of liquid hydrocarbon combustion under conditions of steam gasification in the presence of diluent gas / E.P. Kopyev, I.S. Sadkin, M.A. Mukhina, E.Yu. Shadrin, D.V. Krasinsky, S.Yu. Shimchenko // Journal of Physics: Conference Series. – 2022. – Vol. 2233. – Art. 012015. – DOI: 10.1088/1742-6596/2233/1/012015.