Сибирский федеральный университет

Применение твердотопливных смесей в качестве энергетического топлива требует проведения всесторонних исследований закономерностей и характеристик процессов их горения, которые могут существенно отличаться по сравнению с закономерностями и характеристиками горения энергетических углей. Исследование процессов горения твёрдого ископаемого топлива (балахтинский бурый уголь), биомассы (сосновых шишек) и их смесей (c разным соотношением компонентов) выполнено в рамках синхронного термического анализа.

Во время изучения процессов, протекающих при нагреве топливных смесей и их отдельных компонентов, было установлено, что горение твердого натурального топлива, биомассы и их смесей происходит в разных диапазонах температур источника нагрева. Бурый уголь горит при 238–549⁰ С, сосновым шишкам требуется температура 220–503⁰ С, а твердотопливным смесям на их основе — 230–536⁰ С (в зависимости от концентрации компонентов).

Коксовый остаток сосновых шишек воспламеняется при температуре 302⁰ С, что на 58⁰ С ниже, чем температура воспламенения остатка угля, которое составляет 360⁰ С. В целом же, добавление биомассы к углю (25–75% в твердотопливной смеси) ведет к снижению на 21–56⁰ С температуры, при которой происходит воспламенение коксового остатка твердотопливной смеси.

Учёные установили, что прогнозирование основных характеристик процесса горения на основе свойства аддитивности компонентов возможно для топливных смесей с добавлением не более 25% биомассы. Если сосновых шишек будет больше, компоненты будут неравномерно влиять на характеристики процесса горения топливной смеси при варьировании температуры источника нагрева.

«Результаты выполненного исследования говорят о хороших перспективах применения на практике твердотопливных смесей на основе угля и биомассы (например, сосновых шишек). Такие смеси снизят расход ископаемого топлива, уменьшат загрязнение окружающей среды отходами переработки биомассы, снизят антропогенные выбросы в атмосферу с дымовыми газами и продуктами разложения биомассы, а также уменьшат интенсивности наполнения золоотвалов. Среди рассмотренных топливных смесей (75% угля + 25% биомассы; 50% угля + 50% биомассы; 25% угля + 75% биомассы) первая может применяться на практике, буквально наряду с широко распространенными твердыми натуральными топливами», — рассказал заведующий лабораторией кафедры теплотехники и гидрогазодинамики Андрей Жуйков.

Соавтор исследования, директор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Дмитрий Глушков также отметил: «Актуальность изучения характеристик биомассы при горении как индивидуально, так и совместно с другими топливами обусловлена необходимостью снижения потребления твердого ископаемого топлива и сокращения вредных выбросов при производстве тепловой и электрической энергии».

Результаты исследований опубликованы в журнале «Coke and Chemistry». Исследование выполнено за счёт гранта Российского научного фонда № 23-23-00280.