Исследователи Томского политехнического университета предложили новый способ ускорения зажигания топлива из отходов углеобогащения. Он, по словам ученых, стимулирует зажигание только во время использования топлива и обеспечивает его пожаробезопасное хранение. Результаты исследования опубликованы в журнале Chinese Journal of Chemical Engineering.
В настоящее время на отвалах обогатительных фабрик в угледобывающих регионах России находится большое количество отходов, которые пытаются использовать в качестве топлива или наполнителей при производстве некоторых стройматериалов. Но существуют определенные сложности с зажиганием таких отходов, так как они содержат в составе очень большое количество пустой породы. Поэтому для зажигания необходимо тратить много энергии на прогрев негорючей минеральной части. Для сравнения, их нужно греть в три раза дольше, чем такого же размера порцию угольного концентрата.
Чтобы решить эту проблему, политехники предложили оптимизировать зажигание топлива за счет сверхтонкого дробления его капель при поглощении лазерных импульсов. Данный подход, по их словам, требует заметно меньших энергий импульсов, а также достаточно просто реализуется практически.
«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 %. Тогда она не успеет высохнуть ниже критического уровня», — рассказал РИА Новости один из авторов статьи, научный сотрудник Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Роман Егоров.
При этом непосредственный нагрев топлива лазерным излучением в широком диапазоне энергий импульсов не способен ускорить его зажигание при приемлемом уроне затрат. Единственный эффективный механизм ускорения зажигания, по словам эксперта, 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», — говорит Роман Егоров.
Во время исследования ученые использовали трубчатую муфельную печь, наносекундный импульсный лазер с энергией импульса до 200 мДж, высокоскоростную видеокамеру с макро-оптикой для регистрации процесса взаимодействия импульса с топливом, а также оптическую микроскопию. Также политехники разработали оригинальное программное обеспечение, позволяющее синхронизировать все протекающие процессы в лаборатории.
В дальнейших планах ученых – рассмотреть аналогичным образом возможность лазерной активации других видов водо-топливных смесей, приготовленных с использованием различных типов горючих промышленных отходов и низкосортных ископаемых топлив (торф, бурый уголь).