Исследование поддержано Российским научным фондом 22-79-00197. Результаты опубликованы в журнале Fuel (Q1, IF: 8,035).
«В России на сегодняшний момент семь ТЭС, которые работают на мазутном топливе, и более 3 000 котельных и станций, использующие его, как резервное топливо для запуска котлов. Большое количество морских судов также работает на мазуте. При неправильных параметрах работы системы, когда есть избыток или недостаток воздуха, топливо, как правило, не успевает сгорать и долетает до стенок оборудования. Из-за этого на них образуется сажевый нагар, что может в будущем привести к локальному перегреву стенки. Чтобы избежать этого необходимо учитывать параметры распыления капель мазутного топлива», — поясняет доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Никита Шлегель.
По словам ученого, на сегодняшний день существует два вида распыления мазутного топлива. Это первичное измельчение, когда топливо распыляется в пневмо-форсуночное устройство, и вторичное измельчение, когда капли топлива соударяются в аэрозольном потоке либо со стенками оборудования, либо с твердыми частицами. В исследовании они рассматривали последний тип, поскольку он позволяет добиться минимальных размеров капель при минимальных энергетических затратах.
Политехники провели эксперименты по соударению водо-мазутного топлива с твердой подложкой и проверили, как на него влияют температура топлива и стенок оборудования, концентрация воды в составе, размеры капель и скорость их распыления.
Для снижения антропогенных выбросов ученые также добавили к мазутному топливу воду в определенной концентрации и активную добавку «Твин-80» для легкого перемешивания получившейся эмульсии. Исследование показало, что концентрация воды для эффективного вторичного измельчения должна составлять около 10 %.Исследование показало, что для эффективной работы теплового оборудования необходимы определенные условия фрагментации капель топлива между собой или стенками оборудования. Так, мы установили, что оптимальной температурой водо-мазутной эмульсии является 80 °С, а температура стенок — больше 200 °С. Благодаря этому на них образуется меньше сажи. Эти параметры помогают «дробить» капли, а, следовательно, снижают время задержки их зажигания и увеличивают полноту выгорания,
«До последнего времени к фрагментации капель мазутного и водо-мазутного топлива у научного сообщества был слабый интерес. Однако последние исследования зарубежных коллег показывают, что, если увеличить эффективность сжигания мазутного топлива хотя бы два процента, то это позволит сэкономить в год больше 1,5 млрд долларов», — говорит Никита Шлегель.