Osnovni cilj istraživanja je razvoj tehnologije za energetsko iskorišćenje ekološki prihvatljivog sagorevanja (insineracija) otpadnih i balastnih materija iz industrijskih procesa u fluidizovanom sloju (FS). U proteklom istraživačkom periodu, u prvom redu, je izvršen razvoj i izrada prepravki industrijskog demonstraciono-eksperimentalnog kotla snage do 500 kW za sagorevanje nekonvencionalnih čvrstih i tečnih goriva, (odnosno otpadnih industrijskih materija) u fluidizacionom ložištu, kao i eksperimenti sa insineracijom pomoću razvijene instalacije.

 Najvažnije aktivnosti na ovom polju su bile usmerene na poslove oko instaliranja kotla u okviru prostora Instituta za nuklearne nauke „Vinča“, zatim na probleme vezane za doziranje goriva na sloj, pneumatsko doziranja u sloj čvrstih i tečnih materija, raspodele vazduha i dovoda dopunskog goriva. Pored toga, izrađen je i instaliran akumulator toplote radi lakšeg i efikasnijeg izvođenja eksperimenata pri dugotrajnom i stacionarnom radu kotla, kao i nova linija za startovanje kotla. U okviru probnih eksperimenata na industrijskom demonstracionom kotlu obavljeno je ispitivanje podobnosti sagorevanja uglja iz vanbilansnih rezervi, zrnaste biomase (kukuruz zaražen aflatoksinom), papirnog mulja (otpad iz proizvodnje papira), itd. Tokom ovih ispitivanja određivani su toplotni i materijalni bilansi postrojenja u dugotrajnom, stacionarnom radu ložišta. Kontinualnim gasnim analizatorima određivane su koncentracije gasovitih produkata sagorevanja, kao i koncentracija i sastav čvrstih produkata sagorevanja, i to kako dela koji ostaje u FS tako i letećeg pepela. Zaključak rezultata ovih ispitivanja ukazuju da su probni procesi insineracije ispunili uslove visoke energetske efikasnosti, uz zadovoljavanje kriterijuma o zaštiti životne sredine.

 Pored eksperimentalnog istraživanja datog problema primenjene su i metode numeričke simulacije, u prvom redu razvoj postupka proračuna baziranog na komercijalnim CFD kodovima, kod kojih se procesi u FS modeliraju primenom tzv. dvofluidnog ojlerovskog pristupa. Predložen je dvodimenzijski model realne numeričke simulacije sagorevanja tečnih goriva u mehurastom fluidizovanom sloju, koji se zasniva na dvofluidnom Ojler – Ojler pristupu modeliranja mehurastog FS, uz određivanje polja brzina gasa i čestica zasnovanog na analogiji sa kinetičkom teorijom gasova (KTGF). Na osnovu rezultata eksperimenata sa termičkom dezintegracijom u razvijenom fluidizacionom ložištu, kao i teoretskih istraživanja vezanih za razvoj matematičkih modela procesa sagorevanja u FS, objavljen je veći broj radova u međunarodnim i nacionalnim časopisima i simpozijumima. 

Početna istraživanja na ovom polju su uspešno izvršena u okviru projekta MNTR (NPEE 232004, od 01.05.05. do 30.06.08. godine), kada su obavljeni probni eksperimenti sa sagorevanjem taloga iz rezervoara za naftu NIS Rafinerije Pančevo u eksperimentalnom pilot postrojenju sa fluidizacionim ložištem, snage do 100 kW. U sledećem projektnom periodu (od 01.04.09. do 31.12.10.) nastavljena su započeta istraživanja na ovom polju u okviru projekta kod MNTR (TR18219) kada je napravljen demonstracioni, industrijski kotao za sagorevanje taloga iz rezervoara sirove nafte, kao i još nekih otpadnih materija (snage oko 300 kW) u krugu Fabrike kotlova TIPO iz Beograda. 

Kao nastavak navedenih istraživanja planira se usavršavanje tehnologije termičke dezintegracije otpadnih materija u fluidizovanom sloju, pri čemu će se proširiti spektar materijala koji se može sagorevati u razvijenom ložištu, što podrazumeva, u prvom redu, razvoj i konstrukciju dodatnih sistema za doziranje insineracionog goriva u i na sloj inertnog materijala, kao i linije za uvođenje dopunskog goriva u cilju podrške sagorevanja otpadnog materijala sa izrazito niskom toplotnom moći, odnosno veoma neujednačenog sastava. Unapređenjem i nadgradnjom demonstracionog kotla, formiraće se eksperimentalna baza sagorevanja različitih otpadnih materija u FS u industrijskim razmerama. Pored toga, posebna pažnja će se posvetiti izradi normativnog proračuna i softvera za konstrukcionu optimizaciju industrijsko-demonstracionog kotla, u cilju smanjenja troškova njegove izrade, kao i optimizaciji radnih režima, radi postizanja što efikasnijeg i ekološki povoljnog uklanjanja otpadnih materija. 

Analizom stanja privrede u Srbiji sa tačke gledišta potreba za uklanjanjem otpadnih i nepotrebnih materija iz procesa proizvodnje, trenutno se iskazuju potrebe za uklanjanjem/iskorišćenjem sledećih materijala: odsev uglja iz više rudnika sa podzemnom eksploatacijom, vanbilansne rezerve uglja, talozi iz vlažnih separacija uglja, odsev iz sušare kolubarskog lignita u Vreocima, talozi iz rezervoara za sirovu naftu u rafinerijama, talozi iz rezervoara mazuta i goriva na benzinskim pumpama, otpad od prerade voća i povrća (pulpa nakon presovanja-ceđenja, koštice i slično), zaprljani glicerin iz proizvodnje biodizela, otpad iz proizvodnje papira i celulozne industrije, eliminacija zamašćenih voda iz metalne industrije, iskorišćenje istrošenih ulja iz valjaonica, ostaci hemijske proizvodnje boja i lakova itd. 

U ispitivanje sagorevanja različitih otpadnih materija moraju se uključiti i laboratorijska ispitivanja koja bi obavezno prethodila ispitivanjima na industrijskom postrojenju, a koje podrazumevaju: tehničke i elementarne analize goriva-otpada, ispitivanje ponašanja u sistemima za skladištenje i doziranje, razvrstavanje otpadnih materija po klasama i prilagođavanje sagorevanja traženim normama koje odgovaraju klasi otpada. U skladu sa time obaviće se detaljna analiza domaćih i inostranih propisa i ograničenja u vezi sa procesom kontrolisanog sagorevanja otpada, pri čemu će se formirati mape otpada razvrstanih po klasama. Prilikom ispitivanja sagorevanja izabranih materijala u unapređenom ložištu, određivaće se toplotni i materijalni bilansi, postrojenja u dugotrajnom stacionarnom radu, temperaturska polja u radnom prostoru, kao i kontinualna gasna analiza koncentarcija gasovitih produkata sagorevanja. Meriće se takođe i koncentarcija i sastav čvrstih čestica u produkatima sagorevanja. Eksperimenti će pružiti podatke važne za određivanje uticaja uslova sagorevanja na energetsku efikasnost i zadovoljavanje kriterijuma o zaštiti životne sredine, kao i boljeg razumevanja procesa u fluidizacionom ložištu. Razmatraće se i mogućnosti ekološki prihvatljivog postupka za trajno odlaganje pepela u okviru tehnologije za sagorevanje otpadnih materija u fluidizovanom sloju.

U cilju boljeg razumevanja procesa u fluidizacionom ložištu, kao i radi lakše i potpunije analize uticaja uslova sagorevanja u FS na efikasnost postrojenja, nastaviće se sa razvojem 2D matematičko numeričkog CFD modela za opisivanje procesa u fluidizacionom ložištu. U prethodnom istraživačkom periodu započeta je izrada 2D matematičko numeričkog fluid - porozni medijum modela, zasnovanog na otvorenom CFD kodu razvijenom u saradnji između INN Vinča, LTE i LSTM Erlangen, koji se može primeniti na usavršavanje doziranja goriva direktno u fluidizovani sloj. U narednom periodu će se ovaj model proširiti uvođenjem monofaznih i heterogenih hemijskih reakcija, a koji će, uz primenu adaptiranog  komercijalnog koda, kod koga se procesi u FS modeliraju primenom tzv. dvofluidnog ojlerovskog pristupa, pružati mogućnosti CFD simulacije procesa sagorevanja čvrstog i tečnog goriva u fluidizovanom sloju, sa posebnim aspektom na analizu zone intenzivnog sagorevanja, odnosno ukupne efikasnosti ložišta.

Stevan Nemoda NS snemoda@vinca.rs

Dragoljub Dakić NS     dakicdr@vinca.rs

Milica Mladenović NS         mica@vinca.rs

Branislav Repić NS brepic@vinca.rs

Milijana Paprika NS milijana@vinca.rs

Aleksandar Erić NS erica@vinca.rs

Dejan Đurović NS dejan2004@vinca.rs

Goran Živković VNS gzivkovi@vinca.rs

Ana Marinković IS aradojevic@vinca.rs