Ученые кафедры теплотехники и гидрогазодинамики Политехнического института СФУ в сотрудничестве со специалистами ТПУ исследовали, как размер частиц и состав твердотопливных смесей на основе каменного угля (черногорский каменный уголь) и биомассы (хвоя кедра) влияют на характеристики процессов зажигания и горения.

Также они изучили эффекты совместного сжигания угля с частицами биомассы более крупного размера (по сравнению с частицами угля). Частичное добавление отходов биомассы к углю дало возможность снизить потребление твердого ископаемого топлива, уменьшить вредные выбросы при производстве тепловой энергии.

Частицы древесной биомассы имеют различные геометрические формы в отличие от угля, частицы которого практически одного размера и одной сферической формы. В процессе их совместного сжигания различие геометрических форм топливных частиц может влиять на характеристики зажигания и горения, как улучшая, так и ухудшая их. На практике ухудшение зажигания топливных частиц может привести к ухудшению технико-экономических показателей работы котла и увеличить потери тепла.

Еще одним недостатком частиц древесной биомассы является их волокнистая структура, негативно влияющая на размолоспособность – так называют сопротивление материалов измельчению. Из-за волокнистой структуры биомассы сложно получить топливные частицы нужного размера, а при факельном сжигании топлива размер частиц имеет большое значение – они все должны быть приблизительно одного размера. С углем таких проблем не возникает.

Проведенные исследования на экспериментальном стенде, имитирующем работу топки котла с факельным сжиганием, показали, что вместе с частицами угля размером 100–200 мкм возможно сжигать биомассу с размерами частиц до 300–400 мкм. При этом снижение временной задержки зажигания в 4,5 раза меньше по сравнению с временной задержкой зажигания угольных частиц. Дальнейшее увеличение размеров частиц биомассы может привести к ухудшению характеристик зажигания и горения смеси.

«Сибирь – это регион, где основным энергетическим топливом для выработки тепловой энергии является уголь, поскольку здесь расположен один из самых больших угольных бассейнов в мире. Однако для нас важно развитие научных и практических направлений, связанных с экологически безопасным производством тепловой энергии, энергоэффективным теплоснабжением и конкурентоспособной переработкой угля. Частичное добавление отходов биомассы к углю дает возможность снизить потребление твердого ископаемого топлива, уменьшить вредные выбросы при производстве тепловой энергии (частный сектор или промышленная теплоэнергетика) и утилизировать отходы биомассы», – рассказал заведующий лабораторией кафедры теплотехники и гидрогазодинамики СФУ Андрей Жуйков.

Исследование выполнено за счет средств гранта Российского научного фонда. Результаты опубликованы в журнале Applied Sciences.