Интеграция возобновляемых нетрадиционных источников в энергосистемы привела к заметному удорожанию электроэнергии в ряде государств. В этой ситуации актуальным становится возвращение к угольной генерации с применением современных чистых технологий, минимизирующих воздействие на окружающую среду.
Перспективы водоугольного топлива
«Одной из передовых технологий эффективного использования угля признано его сжигание в форме водоугольного топлива — смеси воды и угольной пыли, — поясняет руководитель проекта, профессор Семен Сыродой. — Однако широкому внедрению мешают нерешенные задачи, включая отсутствие физически обоснованной модели дробления капель смеси в потоке окислителя. Эта теория крайне важна для создания распылительных систем, гарантирующих минимальный размер топливных капель в камере сгорания».
Вызовы эффективного распыления
Для оптимального горения требуется достичь размера капель около 0,1 мм. Высокая вязкость смеси затрудняет получение таких параметров непосредственно на выходе из распылителя. Существующие системы пока не обеспечивают стабильность размеров капель водоугольного топлива, однако при контакте с горячим воздушным потоком они дробятся на более мелкие части.
Исследование процессов дробления
Ученые сосредоточились на изучении влияния скорости воздушного потока внутри камеры сгорания на процесс дробления капель. Эксперименты проводились на уникальном лабораторном стенде, точно имитирующем условия реальной камеры сгорания, где топливо взаимодействует с окислителем — воздухом, нагретым до 1000 градусов.
Для создания водоугольного топлива применялась угольная пыль различных марок и вода, при этом концентрация угля составляла 50-55%.
Ключевое открытие ученых
«Наши эксперименты показали: эффективность дробления капель возрастает при снижении градиента скорости потока, — подчеркивает Семен Сыродой. — Уменьшение степени ускорения воздуха улучшает процесс фрагментации, хотя сам поток должен сохранять высокую скорость».
Практическая значимость работы
Исследование обладает высокой практической ценностью для совершенствования технологий сжигания водоугольной смеси и повышения КПД энергоустановок.
Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда.
