Ученые из России и Швеции разрабатывают универсальную модель горения метано-водородного топлива, которая поможет создавать эффективные и экологичные ГТУ

Ученые Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П.Королёва совместно с коллегами из Лундского университета (Швеция) провели экспериментальные исследования по использованию в перспективных газотурбинных установках (ГТУ) в качестве топлива метано-водородных смесей с повышенным содержанием водорода.

"В Научно-образовательном центре газодинамических исследований (НОЦ ГДИ) Самарского университета проведена серия экспериментов по изучению процессов горения метано-водородных смесей с повышенным содержанием водорода - до 50% включительно. Подобные эксперименты в России ранее не проводились. По их результатам разрабатывается детальный кинетический механизм процесса окисления метано-водородного топлива. Этот механизм поможет конструкторам более точно рассчитывать различные параметры разрабатываемых камер сгорания ГТУ, не затрачивая дополнительное время и ресурсы на экспериментальную доводку изделия. Можно будет заранее просчитать ожидаемые объемы вредных выбросов, прежде всего, это касается эмиссии опасных окислов азота NOx, и принять меры по их уменьшению", - рассказал старший научный сотрудник НОЦ ГДИ Сергей Матвеев.

Эксперименты с горением метано-водородных смесей различного состава проходили на созданной в Самарском университете установке Heat Flux ("Хит Флакс"), с помощью которой можно измерять фундаментальный параметр процесса горения - скорость распространения пламени. В мире существует всего несколько подобных установок.

Разрабатываемый кинетический механизм можно будет использовать для моделирования процесса горения различных типов турбин, применяемых в энергетической отрасли, а именно для турбин с частично-предварительной подготовкой топливо воздушной смеси, а также с диффузионной подачей топлива, в которых подавление NOx происходит за счет впрыска водяного пара. Соответственно, экспериментальные исследования проводились для смесей метан-водород-воздух и метан-водород-водяной пар-воздух с различным составом смеси и разной начальной температурой.

В настоящее время в мире в качестве экологичного топлива применяются метано-водородные смеси с содержанием водорода, как правило, от 5 до максимум 20%. Метано-водородные смеси принято считать промежуточным типом топлива в постепенном процессе перехода от природного газа к водороду. Как показывают расчеты, использование метано-водородной смеси с долей водорода в объеме порядка 40-50% может увеличить мощность газотурбинной установки примерно на 10%. Добавление водорода в топливо снижает общее количество атомов углерода (С), способствует более полному сгоранию топлива и увеличивает тепловыделение при процессе горения, благодаря чему появляется возможность снизить расход топлива и, соответственно общий выброс СО2.

В дальнейших планах самарских ученых - продолжение экспериментов по исследованию процессов горения метано-водородных смесей с постепенным увеличением доли водорода практически до 100%.