Композитное порошковое топливо повышает эффективность использования углей
Сотрудники Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН и Института химии твёрдого тела и механохимии СО РАН создали композитное порошковое топливо из углей и отходов деревообрабатывающих производств. Оно обладает повышенной воспламеняемостью, увеличивает степень выгорания используемых топлив и обеспечивает стабильное горение даже для низкореакционных углей (антрацита). Полученный композит можно использовать на современном топочном оборудовании.
Специалисты ИТ СО РАН и ИХТТМ СО РАН предложили новый метод использования подготовки двухкомпонентного топлива. Если раньше образцы угля и опилок сначала по отдельности высушивали и измельчали, и только потом смешивали, то при приготовлении композитного топлива высушенное сырьё подвергалось механоактивационному измельчению совместно, уже в перемешанном виде. Получившийся композит продемонстрировал синергетическое поведение, то есть превосходство его характеристик над простой механической смесью тех же компонентов. Это подтвердили эксперименты по термогравиметрическому анализу, воспламенению в вертикальной трубчатой печи и факельному сжиганию.
«Основные причины эффективности композита в том, что при совместном механохимическом активировании в мельнице-активаторе происходит формирование общей поверхности частиц угля и опилок, из-за чего на поверхности частиц возникают парамагнитные центры (свободные радикалы), которые ускоряют реакции воспламенения. Также в композитах происходит тесный контакт между компонентами: частицы угля прилипают к более крупным частицам опилок, что обеспечивает лучшую передачу тепла и активных центров и приводит к совмещению стадий выделения летучих веществ из биомассы и окисления угля. В результате время задержки воспламенения снижается на 20–30 % по сравнению со смесью и происходит более стабильное и полное сгорание с более высокой температурой в факеле. В случае газификации композит обеспечивает равномерное выделение синтез-газа (H₂, CO). Таким образом, ключевой фактор — не просто смешивание, а совместная механическая активация, приводящая к образованию реакционноспособных структур с общей поверхностью», — рассказал младший научный сотрудник ИТ СО РАН Артём Валерьевич Кузнецов.
По словам авторов, композит предназначен в первую очередь для сжигания в угольных энергоустановках по технологии совместного сжигания угля и биомассы. На тепловых электростанциях (ТЭС) и в городских котельных, а также в установках для частного сектора существуют угольные котлы, где уже используется пылеугольное топливо. Добавление 5—10 % биомассы к угольному топливу обычно не требует серьёзной модификации энергетического оборудования, что делает этот метод экологически и экономически привлекательным для промышленных предприятий. Также композит может применяться в газогенераторах для переработки отходов в синтез-газ.
Ещё одно преимущество разработанной технологии в том, что она позволяет эффективно утилизировать сельскохозяйственные отходы. В качестве компонентов топлива возможно использовать отходы как деревообрабатывающих предприятий, так и нефтепереработки, целлюлозно-бумажного производства, углеобогащения.
Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.
Источник: «Наука в Сибири»