Ученые кафедры теплотехники и гидрогазодинамики Политехнического института Сибирского федерального университета в сотрудничестве с «Лабораторией моделирования тепломассообмена» Томского политехнического университета (ТПУ) провели совместные исследования процессов горения твердотопливных смесей на основе каменных и бурых углей регионов Енисейской Сибири, в том числе с добавлением биомассы. Данное научное направление является актуальным и для практики, так как создает основу для решения сразу двух практических проблем в области теплоэнергетики – ресурсосбережения и экологической безопасности.

Перспективным совершенствованием безмазутной растопки угольных котлов является применение высокореакционного твердого топлива, отличающегося от основного высококалорийного топлива относительно низкой температурой воспламенения, что положительно влияет на интенсификацию зажигания и последующего горения. Совместно выполнены экспериментальные исследования условий и характеристик зажигания мелкодисперсных частиц (размеры менее 40 мкм; 40–140 мкм; 140–250 мкм; 250–375 мкм; 375–800 мкм) полукокса, древесины, бурого и каменного углей и их смесей с разной концентрацией компонентов в условиях лучисто-конвективного нагрева при движении в потоке разогретого воздуха (температура 500–800 °C, скорость 5 м/с). С использованием средств высокоскоростной видеорегистрации установлена основная характеристика процесса – время задержки зажигания. Добавление высокореакционных компонентов (бурого угля или древесины в воздушно-сухом состоянии) к более высококалорийному топливу (каменному углю) ведет к снижению длительности индукционного периода на 25–35%. Для рассмотренных топливных составов и отдельных компонентов получены аппроксимационные зависимости времен задержки зажигания от температуры разогретого воздуха в широких диапазонах варьирования размеров частиц полукокса, угольной пыли и древесных опилок.

«В настоящее время доля выработки тепловой и электрической энергии угольными тепловыми электрическими станциями (ТЭС) в общемировой структуре энергогенерации составляет около 40%. Одной из актуальных задач современной теплоэнергетики является разработка эффективных по экологическим, экономическим и техническим характеристикам систем безмазутной растопки угольных котлов и поддержание последующего процесса горения твердого натурального топлива в переходных режимах. Экспериментальные результаты являются основой для прогнозирования условий и характеристик зажигания топливных смесей, а также для обоснования размеров муфельных предтопков при проведении опытно-конструкторских работ при проектировании технологического оборудования и расчета теплового режима функционирования перспективных горелочных устройств систем безмазутной растопки угольных котлов», - рассказал заведующий учебно-научной лабораторией кафедры теплотехники и гидрогазодинамики Андрей Владимирович Жуйков.

«Выполненные исследования с использованием оригинального экспериментального стенда, моделирующего условия протекания процессов воспламенения твердого топлива при его факельном сжигании, позволили обосновать возможность использования при растопке котлов угольных ТЭС вместо мазута мелкодисперсного высококалорийного основного топлива (каменных углей с размерами частиц пыли менее 40 мкм) или топливных смесей на его основе с добавлением 25–50% высокореакционных компонентов, например, бурого угля и древесины в воздушно-сухом состоянии, содержащих более 45% летучих, или сухого полукокса бурого угля», - рассказал доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Дмитрий Олегович Глушков.

Результаты исследований приняты к опубликованию высокорейтинговым журналом «Fuel Processing Technology» (Q1 по импакт-фактору JCR Science Edition, IF 7.033).

Новость опубликована в ТАСС наука

Дополнительный графический материал