В ТПУ установили, от чего зависит эффективность сжигания угольного топлива

Физическую модель, демонстрирующую влияние скорости горячего воздушного потока на процесс дробления капель водоугольного топлива в энергетических установках и на эффективность его сжигания, разработали ученые Томского политехнического университета (ТПУ), 1 октября сообщает пресс-служба вуза.

Представленная модель, созданная в рамках проекта РНФ «Разработка основных элементов теории процессов диспергирования капель водоугольного топлива» может быть использована для создания новых систем распыления топливной смеси, которые обеспечат более экономичное и экологичное сжигание угля в энергетических установках.

Результаты работы были представлены в статье «Влияние градиента скорости несущей среды на характеристики дробления капель неньютоновской жидкости на примере высококонцентрированной водоугольной суспензии» (Influence of the velocity gradient of the carrier medium on the crushing characteristics of non-Newtonian liquid droplets on the example of a highly concentrated coal-water suspension), опубликованной в журнале Experimental Thermal and Fluid Science (Q1, IF: 3,3).

Переход на «зеленую энергетику», подразумевающий использование в энергетических установках возобновляемых нетрадиционных источников энергии, привел в некоторых странах мира к значительному росту стоимости единицы вырабатываемой электроэнергии.

Более экономичным может стать возврат к угольной генерации электроэнергии, но с использованием новых экологичных угольных технологий, которые снижают негативное влияние на атмосферу.

Руководитель проекта, профессор научно-образовательного центра И. Н. Бутакова ТПУ Семен Сыродой пояснил решаемую исследователями задачу:

«Одной из перспективных технологий эффективного сжигания угля является его сжигание в виде так называемой водоугольной суспензии — смеси воды и угольной пыли. Однако пока она не получила широкого распространения из-за ряда нерешенных проблем».

Среди таких проблем одной из важнейших является отсутствие научной, физически обоснованной теории процесса дробления капель водоугольной суспензии в потоке окислителя. Как отметил Семен Сыродой, без такой теории невозможно создание систем распыления водоугольной суспензии, которые бы обеспечивали минимальный размер капель топлива в камере сгорания, необходимый для эффективного сжигания водоугольной смеси.

Оптимальными будут капли диаметром около 0,1 мм, однако добиться таких размеров сложно из-за вязкости топлива. Существующие в настоящее время системы распыления не способны стабильно формировать необходимый размер капель водоугольного топлива. Раздробить капли на более мелкие фрагменты можно, воздействуя на них потоком горячего воздуха.

В ходе работы над проектом научному коллективу нужно было разобраться, как на процесс дробления капель влияет изменение скорости потока воздуха внутри камеры сгорания. Для этого исследователями был проведен ряд экспериментов на специальном стенде. В нем можно создавать условия, как в реальной камере сгорания, в которой водоугольное топливо взаимодействует с потоком воздуха, разогретым до 1000 градусов, являющимся окислителем.

Для приготовления водоугольного топлива исследователи использовали измельченный в пыль уголь разных марок и воду, причем доля угля составляла от 50 до 55%.

«Мы установили, чем ниже градиент скорости потока, тем эффективнее капли дробятся. Уменьшение степени ускорения потока воздуха улучшает дробление, но при этом поток всё равно должен быть высокоскоростным», — уточнил руководитель проекта.

Данные, полученные в ходе проведенного учеными ТПУ исследования, будут использоваться для определения оптимальных параметров процессов сжигания водоугольной смеси, что позволит повысить эффективность работы энергетических установок.