Сибирские исследователи изучили процессы горения двух- и трехкомпонентных твердотопливных смесей, которые могут использоваться для решения проблем теплоэнергетики. Лучше всего показали себя в эксперименте трехкомпонентные смеси с добавкой 30% частично газифицированного угля (карбонизата) — они быстро воспламеняются и обладают высокими энергетическими характеристиками. Работа выполнена сотрудниками подведомственных Минобрнауки России Сибирского федерального университета (СФУ) и Томского политехнического университета (ТПУ).

1

Твердотопливные смеси могут быть на основе углей, биомассы, альтернативных видов топлива (карбонизаты или отходы сельскохозяйственных, промышленных или пищевых производств). Обычно они используются как энергетическое топливо при производстве тепловой энергии.

Такие смеси потенциально применимы как топливо в промышленно-отопительных котельных. В будущем ими можно будет заменить обычный уголь, поскольку новое топливо будет расходоваться в меньших количествах, чем традиционное, из-за увеличения теплоты сгорания – это поможет сберечь природные ресурсы.

Частичная газификация — термохимический процесс переработки твердого топлива путем взаимодействия его с кислородом, именно этот процесс превращает топливо в горючий газ и карбонизат. Горючий газ получается с низкой теплотой сгорания, поэтому его используют как побочный продукт, а основным продуктом выступает высококалорийный карбонизат.

Сибирские ученые при помощи термогравиметрического анализа (одного из методов анализа характеристик физико-химических процессов, протекающих при нагревании топлива в широком диапазоне) сравнили характеристики процессов горения двух- и трехкомпонентных топливных смесей на основе карбонизата и двух бурых углей разных марок в потоке воздуха при скорости нагрева 20°С/мин. По кривым убыли массы и скорости изменения массы (TG/DTG) топлив специалисты определили важные характеристики топливных смесей: температуру источника нагрева, при которой происходит зажигание; температуру в процессе горения, а также индекс горения. Кроме того, было определено, сколько теплоты поглощалось и выделялось топливом на разных этапах физико-химических превращений при нагревании.

В результате экспериментов ученые впервые установили линейную зависимость индекса горения от теплоты сгорания двух- и трехкомпонентных топлив.  

Также им удалось установить максимальную долю карбонизата (не более 20–30%), которую следует добавлять в двух- и трехкомпонентные топливные смеси. По словам авторов, чтобы не снижать характеристики горения твердотопливных смесей, повышать эту долю не следует.

Исследователи отмечают, что трехкомпонентные топливные смеси перспективны для практического применения. Так, добавление к базовому топливу двух компонентов высокореакционного и высококалорийного топлива повышает энергетические характеристики смеси и снижает длительность индукционного периода – топливо быстрее разгорается и начинает выделять тепло.

«Вовлечение в топливно-энергетический комплекс высококалорийных карбонизированных углей – это перспективное направление в теплоэнергетике. Но переход на сжигание карбонизата в чистом виде экономически нецелесообразен, это слишком дорого, поэтому мы предлагаем добавлять к бурым углям не более 30% карбонизата для повышения калорийности топливной смеси», – рассказал заведующий учебно-научной лабораторией кафедры теплотехники и гидрогазодинамики СФУ Андрей Жуйков.

Соавтор статьи, доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Дмитрий Глушков также отметил, что применение на практике многокомпонентных топливных смесей в целях энергогенерации позволяет совместно решать несколько взаимосвязанных проблем.

«Достижение положительных энергетических, экологических и экономических эффектов по сравнению с широко применяемыми в настоящее время твердыми топливами требует проведения всестороннего изучения процессов горения твердотопливных смесей», – сообщил Дмитрий Глушков.

Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда. Его результаты опубликованы в одном из международных изданий.

 

Информация и фото предоставлены пресс-службой Минобрнауки России