В НИУ «МЭИ» разработали камеру сгорания для «зеленых» энергоустановок
Проблему выбросов парниковых газов при производстве электроэнергии позволят решить кислородно-топливные энергоустановки с нулевыми выбросами, для которых инновационную камеру сгорания разработали специалисты Национального исследовательского университета (НИУ) «МЭИ», 24 сентября сообщает портал «Научная Россия».
В новой камере сгорания происходит сжигание природного газа в смеси кислорода и диоксида углерода, обеспечивая КПД энергоустановки не ниже, чем у традиционных парогазовых установок, но при этом сведя к минимуму углеродные выбросы.
Созданные в НИУ «МЭИ» тепловые схемы кислородно-топливных энергоустановок «полузакрытого» цикла с кислородным сжиганием топлива, «сердцем» которых является разработанная камера сгорания, кроме электричества, обеспечивают выработку еще и тепловой энергии, и водорода.
Руководитель проекта, доцент кафедры инновационных технологий наукоемких отраслей НИУ «МЭИ» Сергей Осипов рассказал:
«Полузакрытые кислородно-топливные энергетические комплексы включают в себя следующие элементы: полузакрытый газотурбинный цикл с кислородным сжиганием топлива и углекислотным рабочим телом, воздухоразделительную установку и установку захоронения диоксида углерода. Одна из наиболее эффективных полузакрытых энергоустановок — энергоустановка на базе цикла Аллама».
Циклом Аллама называется преобразование углеродсодержащего топлива в тепловую энергию с одновременным улавливанием образующегося углекислого газа и воды. Основным рабочим телом цикла является сверхкритический диоксид углерода.
В процессе проведения исследований камеры сгорания, разработанной под параметры энергоустановки на базе цикла Аллама, ученые определяли состав топливной смеси, необходимый для устойчивого горения при максимальной полноте сгорания топлива, который обеспечивал установленное исследователями наилучшее соотношение кислорода и углекислого газа.
«В рамках проведенных численных исследований установлено, что оптимальная величина массового соотношения CO₂ в смеси CO₂-O₂ равна 87,2%. Для обеспечения устойчивого горения и максимальной полноты сгорания топлива была разработана новая конструкция вихревого диффузионного горелочного устройства», — сообщил руководитель проекта.
Учеными НИУ «МЭИ» также была разработана система охлаждения, обеспечившая стабильное охлаждение частей камеры, работающих при температурах выше 1500 °C. Они, как пояснил Осипов, определили необходимые геометрические параметры, обеспечивающие устойчивую завесу охлаждающего потока CO₂ у стенки камеры сгорания.
Тепловая мощность разработанной камеры сгорания составляет 50 МВт. Но уже проектируется модельный образец камеры мощностью 200 кВт. Образец будет испытан на экспериментальном стенде, чтобы установить, соответствуют ли характеристики камеры заявленным разработчиками.
Одновременно выполняется верификация методики численного моделирования процессов кислородно-топливного горения, которая должна подтвердить возможность использования этой методики при конструировании камер сгорания энергоустановок большей мощности.
Подобные установки для сжигания топлива с нулевыми выбросами также можно применять и в других энергоемких отраслях. Для энергообеспечения, например, предприятий металлургии или нефтяной промышленности. В последнем случае образующийся в процессе эксплуатации энергоустановки на базе цикла Аллама избыток углекислого газа можно будет закачивать в нефтяные пласты для увеличения эффективности нефтеотдачи, отметил Осипов.
