Быстрее, практичнее, безопаснее: придуман новый способ зажигания топлива

МОСКВА, 31 мар — РИА Новости. Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) предложили новый способ ускорения зажигания топлива из отходов углеобогащения. По словам авторов, разработанный метод стимулирует зажигание только в ходе использования топлива, обеспечивая его пожаробезопасное хранение. Результаты опубликованы в журнале Chinese Journal of Chemical Engineering.

Сегодня в отвалах обогатительных фабрик угледобывающих регионов России накоплены миллионы тонн отходов, их пытаются использовать как топливо или применять в качестве наполнителей при производстве ряда стройматериалов. Однако, как отметили ученые, использование таких отходов в качестве топлива ограничивается сложностями с их зажиганием.

Отходы углеобогащения содержат очень большое количество пустой породы в своем составе, поэтому для зажигания нужно тратить много энергии на прогрев негорючей минеральной части. Например, для того чтобы такие отходы загорелись, их нужно греть в три раза дольше, чем такого же размера порцию угольного концентрата при равных условиях, пояснили исследователи.

Для решения этой проблемы ученые ТПУ предложили оптимизировать зажигание топлива за счет сверхтонкого дробления его капель при поглощении лазерных импульсов. По их словам, данный подход требует заметно меньших энергий импульсов, а также достаточно просто реализуется практически, в отличие от тривиального нагрева топлива в потоке лазерного излучения, который ранее предлагали, как их российские коллеги, так и китайские, турецкие и европейские исследователи.

«

"Серия экспериментов показала, 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, при этом лазер еще сильнее спекает ее, делая зажигание еще более затрудненным. Для того чтобы предложенный подход заработал, влажность топливной смеси должна быть около 60-70 процентов. Тогда она не успеет высохнуть ниже критического уровня", — рассказал научный сотрудник Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Роман Егоров.

Непосредственный нагрев топлива лазерным излучением в широком диапазоне энергий импульсов не способен ускорить его зажигание при приемлемом уровне затрат. Как отметил исследователь, единственный эффективный механизм ускорения зажигания состоит в том, что вода, содержащаяся в приповерхностном слое, при попадании импульса мгновенно испаряется.

"Паровой микровзрыв разбивает маленькую каплю топлива 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 процентов, но в раскаленной до 500-600°C печи нужно подавать либо более жидкую смесь, либо от воздействия лазерного излучения все станет зажигаться только хуже", — прокомментировал Егоров.

В рамках исследования были 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, а также оптическая микроскопия. Также ученые разработали оригинальное программное обеспечение, позволяющее синхронизировать все протекающие процессы в лаборатории.

"Проблема использования отходов лежит сейчас не только в плоскости энергетики, но и касается того, каким мы хотим оставить потомкам этот мир. А это, в свою очередь, означает, что некоторые усилия и затраты, которые придется понести при освоении работы с отходами, однозначно окупятся в будущем", — подчеркнул исследователь.

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