Сегодня в мире большое внимание уделяется активному внедрению возобновляемых источников энергии в общий баланс тепло- и электрогенерации. При этом одним из наиболее перспективных энергоносителей является древесная биомасса. Она представляет собой, как правило, фрагменты разных размеров и форм, которые формируются при лесопилении и деревообработке. Эти характеристики частиц топлива влияют на условия воспламенения.
Ученые Томского политехнического университета исследовали процессы зажигания частиц древесины разных форм и размеров.
«В качестве материала был выбран кедр, который является наиболее распространенным в Сибирском регионе, а также отвечает главным технологическим требованиям биотополива — 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», — рассказывает ассистент Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова, кандидат технических наук Жанна Косторева.
Комплекс исследований проводился на экспериментальном стенде. В специальной камере сгорания создавались условия, соответствующие топочным устройствам котлов тепловых электростанций. Процессы нагрева и зажигания регистрировались с помощью высокоскоростной видеокамеры. После чего ученые их анализировали по полученным кадрам.
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,
Также ученые выяснили, что увеличение размера частиц древесины, выполненных в виде 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.
Еще один перспективный результат, который получили исследователи: при равных массах частицы в форме пластины воспламеняются значительно быстрее, чем частицы, выполненные в форме куба и прямоугольного параллелепипеда.
На следующем этапе исследования политехники разработают полностью автономную и замкнутую математическую модель процесса воспламенения, с учетом реальной конфигурации топливных частиц. Также в планах 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.