Ученые из ФИЦ угля и углехимии СО РАН исследовали зажигание частиц углей десяти разных марок лазерными импульсами и установили значения энергетических порогов для этого процесса. Полученные результаты в перспективе помогут разработать систему безмазутного розжига топлива на ТЭЦ, благодаря которой можно будет снижать вредные выбросы в атмосферу.
Специалисты ФИЦ УУХ СО РАН из консорциума Водородного центра НТИ исследовали 10 марок углей, практически полно соответствующих генетическому ряду — от бурого до антрацита. Этот ряд обозначает их разновидности, отражая степень изменения состава и свойств, которые достигаются при углеобразовании. Использование широкого набора образцов позволяет получить более полное представление о поведении угольного вещества под внешними воздействиями.
В частности, ученые изучали энергетические марки, которые используют на ТЭЦ. У них было две задачи — исследовать начальные этапы зажигания частиц углей и установить энергетические пороги их зажигания. На образцы направляли одиночный импульс лазера длительностью 120 мкс и регистрировали интенсивность излучения пламен в зависимости от времени. По характеру зарегистрированных зависимостей интенсивности излучения пламен частиц углей от времени выделили три этапа зажигания с характерными энергетическими порогами и характерными временными интервалами горения.
«Мы полагали, что во время воздействия лазерного импульса образующиеся пламя и продукты термического разложения экранируют поверхность образца, и этот эффект был зарегистрирован. Также нам удалось определить долю поглощенной энергии импульса лазера пламенем. Зная эту долю, мы установили истинные значения энергетических порогов, необходимых для зажигания частиц углей различных марок. Еще мы экспериментально показали, как происходит первичное зажигание микровыступов на поверхности частиц углей. По результатам работы мы с коллегами создали модель, которая описывает химические процессы, протекающие на каждом этапе зажигания», — рассказывает один из авторов исследования, научный сотрудник ФИЦ угля и углехимии СО РАН Ярослав Крафт.
На традиционных ТЭЦ для нагрева пылеугольных котлов используют мазут — это дорогостоящая технология, которая увеличивает вредные выбросы. Полученные учеными ФИЦ УУХ СО РАН результаты в перспективе дадут возможность разработки системы безмазутного розжига угольного топлива, что поможет снизить вред от традиционной генерации.
«У нас есть прототип котла на кипящем слое угля, и в этот слой мы направляем лазер и инициируем стационарное горение без использования дополнительных соединений. Технически препятствий для масштабирования технологии для использования на средних ТЭЦ нет, нужна отработка технологии», — отмечает ученый.
Кроме того, установленные энергетические пороги зажигания частиц углей в условиях быстрого теплового нагрева можно использовать при оценке пожаро- и взрывоопасности теплоэнергетических объектов и угольных шахт.