Ученые из ТПУ разработали новый способ быстрого зажигания угольного топлива из отходов

Томск, 4 апр - ИА Neftegaz.RU. Ученые из Томского политехнического университета (ТПУ) предложили новый способ ускорения зажигания топлива из отходов углеобогащения.

Результаты исследования опубликованы в журнале Chinese Journal of Chemical Engineering.

Новый способ стимулирует зажигание только во время использования топлива и обеспечивает его пожаробезопасное хранение.

Текущее состояние

• на отвалах обогатительных фабрик в угледобывающих регионах России находится большое количество отходов, которые пытаются использовать в качестве топлива или наполнителей при производстве некоторых стройматериалов;
• есть сложности с зажиганием таких отходов - они содержат в составе очень большое количество пустой породы;
• для зажигания необходимо тратить много энергии на прогрев негорючей минеральной части - отходы нужно греть в 3 раза дольше, чем такого же размера порцию угольного концентрата;
• воздействие лазерными импульсами позволяет делать из отходов углеобогащения легковоспламеняющуюся газо-аэрозольную топливную смесь;
  
• есть 3 стадии воздействия лазерного излучения на угли и топливо из отходов:
• нагрев поверхности;
• образование и воспламенение летучих веществ;
• зажигание нелетучего остатка;
• каждая стадия имеет выраженный пороговый характер.
• оптимизация лазерного излучения (непрерывного или импульсного) позволит эффективнее внедрять пылеугольное топливо в промышленных печах вместо мазута:
• это даст экономический и экологический эффекты;
• может быть использовано для разработки методов предотвращения взрывов угольной пыли в шахтах или методов стабилизации пламени в пылеугольных топках.

Решение сибирских ученых:

• оптимизировать зажигание топлива за счет сверхтонкого дробления его капель при поглощении лазерных импульсов;
• это требует меньших энергий импульсов, а также достаточно просто реализуется практически;
• экспериментально выяснено, что если обстреливать лазером топливо после того, как его уже вдули в раскаленную печь через форсунку, то пользы от облучения не будет:
• поверхность маленькой капли водоугольной смеси в печи быстро сохнет;
• лазер только сильнее спекает ее и делает розжиг еще более трудным;
• чтобы предложенный подход заработал, влажность топливной смеси должна быть около 60-70 %. В этом случае смесь не успеет высохнуть ниже критического уровня.
• обычный нагрев топлива лазерным излучением в широком диапазоне энергий импульсов не может ускорить его зажигание при приемлемом уроне затрат.
• единственный эффективный механизм ускорения зажигания состоит в том, что вода, содержащаяся в приповерхностном слое, при попадании импульса мгновенно испаряется:
• благодаря паровому микровзрыву маленькая капля разбивается на микроскопические фрагменты, которые загораются в печи значительно быстрее, чем большая капля:
• если топливо распыляется в относительно холодной атмосфере (вне горячей зоны топки), то микрофрагментация происходит и при влажности в 30%,
• в раскаленной до 500-600°C печи нужно подавать более жидкую смесь, bначе лазер только затруднит ситуацию.
• в исследовании использованы:
• трубчатая муфельная печь,
• наносекундный импульсный лазер с энергией импульса до 200 мДж,
• высокоскоростная видеокамера с макро-оптикой для регистрации процесса взаимодействия импульса с топливом,
• оптическая микроскопия,
• разработанное оригинальное программное обеспечение, позволяющее синхронизировать все протекающие процессы в лаборатории.

В дерзких планах ученых - рассмотреть аналогичным образом возможность лазерной активации других видов водо-топливных смесей, приготовленных с использованием различных типов горючих промышленных отходов и низкосортных ископаемых топлив (торф, бурый уголь).