Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) разработали физическую модель, объясняющую влияние скорости раскаленного воздушного потока на процесс дробления капель водоугольного топлива. Это открытие в перспективе ляжет в основу новых систем распыления, способных повысить экономичность и снизить вредные выбросы при сжигании угля на энергоустановках. Об этом сообщает пресс-служба вуза.
В настоящее время во многих странах наблюдается рост стоимости электроэнергии, связанный с активным внедрением возобновляемых источников. В этих условиях возврат к использованию угля выглядит логичным шагом, однако он требует применения принципиально новых, чистых технологий, минимизирующих ущерб для атмосферы.
«Одной из перспективных технологий эффективного сжигания угля является его использование в виде так называемой водоугольной суспензии — смеси воды и угольной пыли. Однако пока она не получила широкого распространения из-за ряда нерешенных проблем. Среди последних можно выделить отсутствие физически обоснованной теории, описывающей процессы дробления капель водоугольной суспензии в потоке окислителя. Такая теория необходима для разработки систем распыления, обеспечивающих минимальный размер капель топлива в пространстве камеры сгорания», — пояснил руководитель проекта, профессор научно-образовательного центра И.Н. Бутакова Семен Сыродой.
Для эффективного горения водоугольной смеси необходимо добиться образования мельчайших капель диаметром около 0,1 миллиметра. Высокие плотность и вязкость топлива делают получение таких частиц на выходе из форсунки крайне сложной задачей. Современные распылительные системы не всегда стабильно обеспечивают нужный результат, однако при столкновении с потоком горячего воздуха крупные капли начинают разрушаться на более мелкие фрагменты.
Перед научным коллективом стояла цель — выяснить, как именно скорость воздушного потока внутри камеры сгорания воздействует на этот процесс дробления. Эксперименты проводились на специальном лабораторном стенде, который точно воспроизводит условия реальной топки: здесь водоугольное топливо взаимодействует с окислителем — потоком воздуха, разогретым до температуры 1000 градусов.
Для создания топливной смеси использовали измельченный уголь различных марок и воду. Общая доля угольного компонента в системе составляла от 50 до 55%.
«Мы установили, что чем ниже градиент скорости потока, тем эффективнее капли дробятся. Уменьшение степени ускорения потока воздуха улучшает дробление, но при этом поток все равно должен оставаться высокоскоростным», — отметил томский ученый.
Проведенная работа имеет большое практическое значение для оптимизации процессов сжигания водоугольной смеси и повышения коэффициента полезного действия энергетических установок. Результаты исследования были опубликованы в авторитетном международном журнале.
