CC BY
1УДК 004.912+662.659
АНАЛИЗ РЕГРЕССИОННОЙ МОДЕЛИ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ТОПЛИВА КАВИТАЦИОННО -ПЛАСТИФИКАЦИОННЫМ МЕТОДОМ
Тажикбаева Санайым Тойгонбаевна, Кочконбаева Буажар Осмоналиевна,
Айтбай кызы Айгул
Ошский государственный университет https://doi.org/10.5281/zenodo.13894930
Аннотация. В статье представлен анализ регрессионной модели для оценки эффективности получения композиционного водоугольного топлива с использованием кавитационно-пластификационного метода. Рассматриваются ключевые факторы, влияющие на теплотворную способность топлива, такие как содержание пирогенетической жидкости и устойчивость смеси в процессе хранения. На основе регрессионного анализа выявлена прямая зависимость теплотворной способности топлива от содержания пластификатора и обратная зависимость от уровня расслоения смеси. Результаты исследования позволяют предложить оптимальные условия для повышения стабильности и эффективности водоугольного топлива, что имеет важное значение для разработки экологически и экономически обоснованных энергетических ресурсов.
Ключевые слова: композиционное топливо, регрессионная модель, кавитационно-пластификационный метод, пирогенетическая жидкость.
Annotation. The article presents an analysis of a regression model to assess the efficiency ofproducing composite coal-water fuel using the cavitation-plasticization method. The key factors influencing the calorific value of the fuel, such as the content ofpyrogenetic liquid and the stability of the mixture during storage, are considered. Based on regression analysis, a direct dependence of the calorific value of the fuel on the plasticizer content and an inverse dependence on the level of mixture stratification were revealed. The results of the study allow us to propose optimal conditions for increasing the stability and efficiency of coal-water fuel, which is important for the development of environmentally and economically sound energy resources.
Key words: composite fuel, regression model, cavitation-plasticization method, pyrogenetic fluid.
Введение. Водоугольное топливо (ВУТ) - это вид экологически и экономически выгодного топлива, получаемого путем смешивания угля с водой. По мере измельчения частиц угля эффективность процесса сгорания увеличивается. Он рассматривается как альтернатива традиционному твердому топливу, играет важную роль в сокращении выбросов газов и эффективном использовании энергетических ресурсов. Это особенно важно для стран, интенсивно использующих уголь и крупных промышленных регионов. Использование данной технологии позволяет снизить затраты в промышленном производстве и энергетике.
Одной из основных проблем при производстве водоугольного топлива является стабильность смеси. Поскольку частицы угля тяжелые, они нестабильны в воде и могут тонуть, ухудшая качество топлива. Это требует многократного перемешивания смеси, что усложняет производственный процесс и увеличивает затраты. Поэтому обеспечение стабильности смеси играет ключевую роль при приготовлении композиционного топлива [1].
На основе фундаментальных исследований для повышения устойчивости рекомендуется добавление химических соединений в состав водоугольного топлива. Добавляя в смесь стабилизаторы и пластификаторы, можно обеспечить равномерное распределение частиц в смеси в течение длительного времени без оседания. Однако этот метод может иметь некоторые недостатки: 1) цена присадок создает дополнительные затраты, что снижает экономическую эффективность смеси; 2) эти соединения могут оказывать негативное воздействие на окружающую среду при горении. Поэтому возникает необходимость подготовки водоугольного топлива другим способом [2].
Размер частиц угля оказывает большое влияние на длительное хранение смеси. Поэтому желательно, чтобы диаметр угольных частиц в смеси был достаточно малым. С этой целью при приготовлении смеси водоугольного топлива необходимо использовать кавитационный метод. При кавитации происходят интенсивные гидродинамические воздействия, которые помогают более равномерно распределить угольные частицы в водной среде и улучшить смачиваемость угля водой. Использование кавитации и турбулентных потоков обеспечивает равномерное перемешивание мелких частиц. Этот метод экономически и экологически эффективен, поскольку не добавляется никаких химических добавок. Но сохранить эту смесь стабильной в течение длительного времени сложно. Чтобы продлить стабильность смеси, необходимо ее постоянно помешивать. А этот процесс требует дополнительных затрат энергии.
Оба рассмотренных метода имеют свои преимущества и недостатки. Отсюда возникает необходимость повышения качества водоугольного топлива за счет их комбинирования, используя метод кавитационно-пластификации.
Целью исследования является создание и исследование регрессионной модели получения водоугольного композиционного топлива кавитационно-пластификационным методом.
Методы исследования. Для достижения поставленной цели нам необходимы результаты экспериментов, проводимых в этом направлении. Трехкомпонентное водоугольное топливо глубоко изучено учеными и результаты их экспериментов отражены в третьей статье. При подготовке водоугольного топлива использовались следующие компоненты [3]:
1) твердый компонент - длиннопламенный уголь (измельченный до фракции менее 100 мкм); 2) жидкий компонент - вода; 3) пластификатор - пирогенетическая жидкость (получается в процессе пиролиза древесины). Основные характеристики этих компонентов приведены в таблице 1:
Таблица 1. Характеристики компонентов ВУТ
Для проведения эксперимента были предусмотрены вода и пластификаторы в разных пропорциях, соотношение угля не изменилось. Проведена кавитационная обработка при приготовлении водоугольного топлива. В ходе эксперимента при изменении времени кавитационной обработки с 27 секунд до 90 секунд наблюдались изменения вязкости смеси и размера капель суспензии. Анализировали состояние приготовленной смеси через 3, 24 и 72 часа, т.е. исследовалась стабильность топлива. По формуле Д. И. Менделеева в каждом случае рассчитывали теплопроводность водоугольного топлива.
Результаты и анализ. Мы собрали необходимые нам данные для создания регрессионной модели и теперь помещаем результаты экспериментального исследования в электронную таблицу Excel (талица 2).
Таблица 2. Значения, необходимые для регрессионной модели
Главным свойством любого топлива является его теплотворная способность [4]. Поэтому теплотворная способность принималось в качестве переменной у. А остальные значения в таблице 2 - факторы, влияющие на основные свойства топлива.
Прежде всего, проверяется коллинеарность между факторами. Факторы не должны быть взаимно коррелированы. Для этого построим корреляционную матрицу используя возможности программы Excel. Из матрицы следует, что коллинеарность между факторами х1, х2, х4, х5 существуют и эти факторы исключаем из модели. Таким образом, будем строить регрессию у по факторам х3, х6. Для этого в программе Excel есть функция «Регрессия» (таблица 3).
Таблица 3. Регрессионная статистика
Из таблицы 3 следует, что уравнение регрессии имеет следующий вид:
у = 8,13 + 0,03х3 - 0,01х6 (1)
где, у - теплотворная способность водоугольного топлива, х3 - пирогенетическая жидкость, х6 - расслоение ВУТ через 72 ч.
Выполнение критериев Фишера и Стьюдента для созданной регрессионной модели видно из регрессионной статистики. Таким образом, построенное уравнение регрессии (1) значимо при уровне значимости а = 0,05 [5].
Положительный коэффициент при переменной х3 означает, что увеличение содержания пирогенетической жидкости в ВУТ ведет к увеличению теплотворной способности топлива. Отрицательный коэффициент при переменной х6 указывает на обратную связь, чем больше наблюдается расслоение смеси через 72 часа, тем ниже теплотворная способность ВУТ. Постоянное значение 8,13 интерпретируется как базовое значение теплотворной способности ВУТ при отсутствии влияния факторов и оно совпало с первым значением у в табл.1.
Вывод. На основе результатов эксперимента создана регрессионная модель производства водоугольного топлива кавитационно-пластификационным методом и были выявлены следующие:
1) у = 8,13 + 0,03х3 — 0,01х6 - уравнение регрессии;
2) пропорция и тип пластификатора, устойчивость смеси в большей степени влияют на водоугольного топливо;
2) теплотворная способность водоугольного топлива прямо пропорциональна количеству пластификатора и обратно пропорциональна устойчивости смеси (расслоению).
Список использованной литературы:
1. Хрусталев Б.М., Пехота А.Н. Технология эффективного использования углеводородсодержащих отходов в производстве многокомпонентного твердого топлива // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2016. Т. 59. № 2. С. 122-140. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2016-59-2-122-140.
2. Alekseenko S.V., Dekterev A.A., Maltsev L.I., Kuznetsov V.A. Implementation of a three-stage scheme for the co-combustion of pulverized coal and coal-water slurry in an industrial boiler to reduce NOx emissions // Process Safety and Environmental Protection. 2023. Vol. 169. P. 313-327. https://doi.org/10.1016/j.psep.2022.11.034.
3. Гвоздяков Д.В., Зенков А.В. Влияние кавитационной обработки на свойства водоугольных суспензий с добавками пирогенетической жидкости // iPolytech Journal. - 2023. - Т. 27. - № 2. - С. 297-309.
4. Тажикбаева С., Ташполотов Ы. Разработка компьютерной модели определения состава и качества композиционного топлива // Бюллетень науки и практики. 2024. Т. 10. №8. С. 313-318. https://doi.org/10.33619/2414-2948/105/34
5. Подкорытова О. А. Анализ временных рядов : учеб. пособие для бакалавриата и магистратуры / О. А. Подкорытова, М. В. Соколов. - 2-е изд., испр. и доп. - М. : Юрайт, 2018. - 267 с.
