Interfax-Russia.ru — Сибирские ученые создали новый вид топлива из бурого угля и сосновых шишек. Ранее они также исследовали процессы воспламенения и горения биомассы из сибирского кедра.
Сотрудники кафедры теплотехники и гидрогазодинамики Политехнического института Сибирского федерального университета (ПИ СФУ, г. Красноярск) вместе со специалистами Томского политехнического университета (ТПУ, г. Томск) впервые изучили процессы горения твердотопливных смесей на основе бурого угля и биомассы из сосновых шишек.
"Во время изучения процессов, протекающих при нагреве топливных смесей и их отдельных компонентов, было установлено, что горение твердого натурального топлива, биомассы и их смесей происходит в разных диапазонах температур источника нагрева. Бурый уголь горит при 238-5490 градусах Цельсия, сосновым шишкам требуется температура 220-5030 градусов Цельсия, а твердотопливным смесям на их основе — 230 - 5360 градусов Цельсия (в зависимости от концентрации компонентов)", — сообщили в пресс-службе СФУ.
Коксовый остаток сосновых шишек воспламеняется при температуре 3020 градусов Цельсия, что на 580 градусов ниже, чем температура воспламенения остатка угля (3600 градусов Цельсия). Однако если добавить 25-75% биомассы к углю, то коксовый остаток воспламенится при меньшей температуре — от 2999 до 2460 градусах Цельсия соответственно.
При этом специалисты выяснили, что прогнозировать основные характеристики процесса горения возможно только для топливных смесей с добавлением не более 25% биомассы. Если сосновых шишек будет больше, компоненты будут неравномерно влиять на характеристики процесса горения топливной смеси при варьировании температуры источника нагрева.
"Результаты выполненного исследования говорят о хороших перспективах применения на практике твердотопливных смесей на основе угля и биомассы (например, сосновых шишек). Такие смеси снизят расход ископаемого топлива, уменьшат загрязнение окружающей среды отходами переработки биомассы, снизят антропогенные выбросы в атмосферу с дымовыми газами и продуктами разложения биомассы, а также уменьшат интенсивность наполнения золоотвалов", — сообщил заведующий лабораторией кафедры теплотехники и гидрогазодинамики ПИ СФУ Андрей Жуйков.
По его словам, ученые изучили следующие варианты топливных смесей: 75% угля и 25% биомассы; 50% угля и 50% биомассы; 25% угля и 75% биомассы.
"Первая (смесь — ИФ) может применяться на практике, буквально наряду с широко распространенными твердыми натуральными топливами", — отметил Жуйков.
Как в свою очередь отметил соавтор исследования, директор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Томского политехнического университета Дмитрий Глушков, изучение характеристик биомассы при горении "как индивидуально, так и совместно с другими топливами" связано с необходимостью снижения потребления твердого ископаемого топлива и сокращения вредных выбросов при производстве тепловой и электрической энергии.
Результаты исследований опубликованы в научном журнале Coke and Chemistry. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (РНФ).
Ранее ученые Томского политеха исследовали процессы воспламенения и горения биомассы из сибирского кедра. Результаты их работы были опубликованы в журнале Renewable Energy.
"В качестве материала был выбран кедр, который является наиболее распространенным в сибирском регионе, а также отвечает главным технологическим требованиям биотоплива — высокая теплота сгорания и высокое содержание горючих летучих газов, что улучшает процесс зажигания. Для эксперимента мы использовали частицы одинакового объема, но трех разных конфигураций — прямоугольный параллелепипед, куб и пластина. Они являются наиболее типичными характерными формами фрагментов биомассы", — рассказала ассистент Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова Инженерной школы энергетики ТПУ Жанна Косторева.
По данным вуза, комплекс исследований проводился на экспериментальном стенде. В специальной камере сгорания создавались условия, соответствующие топочным устройствам котлов тепловых электростанций. Процессы нагрева и зажигания регистрировали с помощью высокоскоростной видеокамеры, записи с которой в дальнейшем и проанализировали ученые.
"В ходе экспериментов были обнаружены любопытные зависимости. При увеличении характерного размера частиц древесной биомассы, выполненных в виде прямоугольного параллелепипеда, сначала времена задержки зажигания растут (что является очевидным следствием), но далее при переходе определенного порогового значения характерного размера частицы времена начинают уменьшаться. Это нетривиальные результаты с точки зрения классической теории процессов зажигания конденсированных сред, и они установлены впервые. Нам предстоит определить причины такого явления", — рассказал в свою очередь руководитель научного проекта, доцент Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова Инженерной школы энергетики ТПУ Семен Сыродой.
Также ученые выяснили, что увеличение размера частиц древесины в форме куба не оказывает влияние на динамику сгорания. Это говорит об отсутствии необходимости дробить биомассу до ультрамелкого состояния, что дает меньшие энергетические и экономические затраты на механическую подготовку топлива. При этом, как оказалось, при равных массах частицы в форме пластины воспламеняются значительно быстрее, чем частицы, выполненные в форме куба и прямоугольного параллелепипеда.
На следующем этапе исследования политехники намерены разработать полностью автономную и замкнутую математическую модель процесса воспламенения, с учетом реальной конфигурации топливных частиц.
Также в планах у ученых проанализировать влияние влажности древесины на характеристики зажигания и горения.
Еще один этап исследования будет посвящен определению влияния формы частиц на интенсивность образования антропогенных продуктов горения — оксидов серы и азота, а также диоксида углерода.
"Полученные данные в перспективе помогут в создании энергоэффективной технологии сжигания альтернативного топлива и в разработке новых высокоэффективных камер сгорания котлов. Последнее применимо как в бытовой сфере, так и в промышленности", — отметили в ТПУ.
